Microscopia Eletrônica de Varredura

Microscopia Eletrônica de Varredura – O que é

A Microscopia Eletrônica de Varredura é um microscópio que usa elétrons em vez de luz para formar uma imagem. Desde seu desenvolvimento no início da década de 1950, os microscópios eletrônicos de varredura desenvolveram novas áreas de estudo nas comunidades das ciências físicas e médicas.

A Microscopia Eletrônica de Varredura permitiu aos pesquisadores examinar uma variedade muito maior de espécimes.

O microscópio eletrônico de varredura tem muitas vantagens sobre os microscópios tradicionais.

O microscópio eletrônico de varredura tem uma grande profundidade de campo, o que permite que mais de um espécime fique em foco ao mesmo tempo. O SEM também tem resolução muito mais alta, de modo que as amostras próximas podem ser ampliadas em níveis muito mais altos.

Como o microscópio eletrônico de varredura usa eletroímãs em vez de lentes, o pesquisador tem muito mais controle no grau de ampliação. Todas essas vantagens, bem como as imagens reais impressionantemente claras, tornam o microscópio eletrônico de varredura um dos instrumentos mais úteis na pesquisa hoje.

Durante a década de ’30, ocorreram dois eventos que teriam profunda influência sobre o desenvolvimento da microscopia no século XX: o advento da televisão e do radar.

Em ambos os casos, o conceito básico é o da varredura, e a consequente modificação da relação entre o objeto e sua imagem, de uma função geométrica para a de uma função temporal.

Os pioneiros conceituais da microscopia eletrônica de varredura foram von Ardenne, na Alemanha (1938) e Zworykin nos EUA (1943). A realização prática de um microscópio eletrônico de varredura (MEV) só veio muitos anos depois, através do trabalho do grupo de Oatley em Cambridge (1964).

Para a realização de uma microscopia de varredura, podemos utilizar, em princípio, qualquer interação entre um estímulo e a matéria, que resulte em uma resposta que podemos captar por um sensor.

Exemplifiquemos pela descrição do MEV: Um feixe de elétrons com cerca de 20 keV, gerado em um canhão similar ao do MET, é desmagnificado por um conjunto de lentes eletromagnéticas que agem como condensadores.

Este feixe é focalizado sobre a amostra, e mediante bobinas defletoras, percorre uma varredura sobre pequena região da mesma. Como consequência, uma série de sinais são emitidos, dos quais destacamos inicialmente elétrons secundários com cerca de 50 eV. Estes elétrons são captados por um detetor cuja resposta modula o brilho de um tubo de raios catódicos, e que é varrido em sincronismo com o feixe eletrônico. Portanto, a cada ponto da amostra corresponde um ponto da tela, e nele é mapeada a resposta do objeto ao feixe de excitação.

O aumento é obtido pela relação entre a área varrida sobre a amostra, e a área da tela do tubo.

Diversas diferenças com relação à microscopia clássica tornam-se imediatamente aparentes. Não há uma lente objetiva que conecte pontos equivalentes no objeto e na imagem; esta conexão é feita através do sincronismo da varredura, que identifica a origem de um sinal adquirido, sem definição espacial, pelo detector. Portanto, não valem as considerações clássicas de Abbe, e devemos rever basicamente nosso conceito de resolução. É claro que a conceituação neste caso parte do diâmetro da sonda, que, em primeira mão, deveria definir a resolução. Portanto, o tamanho e definição do feixe são importantes, e considerações de aberrações das lentes condensadoras, apesar de menos críticas, devem ser levadas em conta. Mas o problema é mais complexo.

Devemos também considerar a penetração do feixe na amostra, e a emergência dos sinais do interior da mesma.

Vemos que a resolução depende do sinal utilizado. De todos, os mais comuns são os elétrons secundários, que oferecem melhor resolução espacial, e também melhor visão da topografia da amostra.

Os elétrons retrorefletidos, de energia praticamente igual à do feixe incidente, oferecem alguma informação sobre o número atômico do elemento considerado. É importante também mencionar, apesar de não se situar no escopo desta conferência, a exploração das informações resultantes da emissão de raios-X, baseado na lei de Moseley, que nos possibilita, além de análises pontuais, o mapeamento da composição química da amostra.

Microscópio Eletrônico de Varredura – Le0 440

As possibilidades de utilização são muito maiores do que a simples aquisição e exibição destes sinais. As grandes oportunidades introduzidas pela microscopia de varredura (em todas as suas formas) são a disponibilidade de um sinal e de uma imagem eletrônica, à qual podem ser aplicadas todos os recursos modernamente disponíveis para processamento de sinais e de imagens. Assim, destacamos os principais, como amplificação diferencial e alteração da intensidade de fundo; possibilidade de melhorar a relação sinal/ruido, sabidamente de fundamental importância na qualidade de imagens, através da amostragem múltipla e aumento do tempo de aquisição.

Microscopia Eletrônica de Varredura – Utilização

Microscópio Eletrônico de Varredura

A utilização da microscopia eletrônica de varredura permite a obtenção de informações estruturais e químicas de amostras diversas.

Em materiais permite avaliar a microestrutura e correlaciona-la a com propriedades e defeitos e assim vislumbrar possíveis aplicações para estes materiais.

Na microscopia eletrônica de varredura (MEV) a área é varrida por um fino feixe de elétrons que interage com a superfície da amostra e como consequência surge os elétrons secundários, elétrons retro-espalhados, raiosx, fótons, etc.

Estas emissões são captadas e fornecem informações sobre a amostra, tais como, topografia da superfície, composição, cristalografia, etc.

Os elétrons secundários são os responsáveis pela formação e obtenção das imagens de alta resolução da topografia da superfície enquanto que os elétrons retro-espalhados fornecem imagens características de variação de composição de um material.

Através de adaptação na câmara de amostras, instalando detectores de fluorescência de raios-x, obtêm-se informações qualitativas e quantitativas da composição química da amostra na região submicrometrica de incidência do feixe de elétrons.

Esta adaptação facilita a identificação de precipitados, de variações de composição química dentro de um grão.

Atualmente quase todos os equipamentos de microscopia eletrônica de varredura são equipados com detectores de raios-X, principalmente do detector de energia dispersiva (EDX) devido à confiabilidade de seus resultados e também a facilidade de operação.

Hoje em dia o uso da microscopia eletrônica de varredura na caracterização de materiais tornou-se imprescindível, pois um número grande de informações detalhadas das características microestruturais é obtido.

Áreas diversas como a eletrônica, geologia, ciência e engenharia de materiais têm se beneficiado com os recursos disponíveis por esta técnica e quando se pensa em desenvolvimento de novos materiais (materiais metálicos, cerâmicos e poliméricos) há a necessidade de um MEV para a caracterização microestrutural.

Microscopia Eletrônica de Varredura – Técnica

Microscopia Eletrônica de Varredura

É uma técnica que permite a visualização das superfícies de espécimes não seccionados.

A amostra é fixada, dessecada e revestida com a camada fina de um metal pesado.

A micrografia obtida tem um aspecto tridimensional.

O poder de resolução dos microscópios eletrônicos de varredura é limitado pela espessura do revestimento metálico utilizado e muito menor que o poder de resolução dos instrumentos de transmissão.

A microscopia eletrônica de varredura é a técnica de caracterização microestrutural mais versátil hoje disponível, encontrando aplicações em diversos campos do conhecimento, mais particularmente engenharia e ciências de materiais, engenharias metalúrgica e de minas, geociências e ciências biológicas, dentre outros.

A interação de um fino feixe de elétrons focalizado sobre área ou o microvolume a ser analisado gera uma série de sinais que podem ser utilizados para caracterizar propriedades da amostra, tais como composição, superfície topográfica, cristalografia, etc.

Na microscopia eletrônica de varredura os sinais de maior interesse referem-se usualmente ás imagens de elétrons secundários e de elétrons retroespalhados, ao passo que na microssonda eletrônica o sinal de maior interesse corresponde aos raios X característico, resultante do bombardeamento do feixe de elétrons sobre a amostra, permitindo a definição qualitativa ou quantitativa dos elementos químico s presentes em um microvolume.

Historicamente, estas duas técnicas referiam-se a instrumentos algo similares, porém com aplicações e características construtivas bem distintas.

Com o passar dos anos estes instrumentais foram convergindo de forma a incorporar as principais vantagens de cada um deles, inclusive com o surgimento de equipamentos híbridos, aliando recursos de imagem com os de microanálise química.

Atualmente, toda a configuração de um microscópio eletrônico de varredura destinada a aplicações em materiais, metalurgia, mineração e geociências conta com pelo menos um detetor para microanálises químicas.

Comparativamente á microssonda eletrônica, a microscopia eletrônica de varredura é hoje uma técnica mais versátil e operacionalmente mais simples, hoje integralmente operada via computador em ambientes.

Ressalta-se que a microssonda eletrônica, no entanto, continua sendo o instrumental mais indicado para rotinas de microanálises químicas quantitativas, particularmente no caso da determinação de elementos menores ou em situações que requeiram maior resolução espectral.

Fonte: www.coppe.ufrj.br/www.fapepi.pi.gov.br/www.angelfire.com/www.purdue.edu