Introduction to the Scanning Electron Microscope (SEM)

Summary

En este video, Carrie Donnelly, directora del Chapel Hill Analytical and Nanofabrication Lab, nos introduce a la microscopía electrónica de barrido (SEM) y la microscopía electrónica de barrido ambiental (ECM). Ambas técnicas utilizan electrones en lugar de luz visible para obtener imágenes de muestras, permitiendo observar detalles a nivel nanométrico. El SEM se utiliza para imágenes de superficies con electrones secundarios y retrodispersados, mientras que el ECM permite observar muestras húmedas sin necesidad de secarlas. Se muestra cómo preparar muestras para SEM, cómo las imágenes varían según el modo de vacío y el uso de recubrimientos conductivos, así como los beneficios del ECM para muestras biológicas y húmedas.

Takeaways

• 😀 Los microscopios electrónicos de barrido (SEM) y de barrido electrónico ambiental (ECM) utilizan electrones en lugar de luz visible para producir imágenes.
• 😀 El SEM tiene una resolución más alta que los microscopios ópticos tradicionales debido a la menor longitud de onda de los electrones en comparación con la luz visible.
• 😀 El SEM y el ECM tienen componentes similares a los de un microscopio óptico, pero utilizan un cañón de electrones, lentes electromagnéticos y detectores sensibles a electrones.
• 😀 Cuando los electrones interactúan con una muestra, algunos se retrodispersan, otros se absorben y algunos pueden ser expulsados como electrones secundarios.
• 😀 La acumulación de carga en la muestra debido a un desequilibrio en los electrones que entran y salen puede afectar la calidad de la imagen, lo que se llama 'carga'.
• 😀 Para evitar la carga, muchas muestras SEM se recubren con una capa delgada de metal, lo que mejora la calidad de las imágenes.
• 😀 Las imágenes de electrones secundarios muestran las características de la superficie de una muestra y tienden a parecer tridimensionales.
• 😀 Las imágenes de electrones retrodispersados (backscatter) muestran menos detalles de la superficie, pero permiten observar contrastes debido a la diferencia en el número atómico promedio de las regiones de la muestra.
• 😀 El SEM tradicional requiere un vacío, lo que impide la observación de muestras húmedas a menos que se sequen, lo que puede alterar su forma.
• 😀 El ECM permite la introducción controlada de vapor de agua en la cámara, lo que permite la observación de muestras húmedas sin necesidad de secarlas, como células, bacterias y plantas.
• 😀 A través del ECM, también se pueden prevenir los problemas de carga en muestras no conductivas sin necesidad de recubrimientos conductores.
• 😀 La preparación de las muestras para SEM incluye el uso de cinta conductora, un stub para muestras, y en ocasiones un recubrimiento metálico realizado con un esparcidor de plasma, como oro-paladio.
• 😀 La técnica SEM permite observar muestras en tres modos: alto vacío, bajo vacío y ECM, cada uno con ventajas y desventajas dependiendo de la naturaleza de la muestra.
• 😀 La imágen obtenida en SEM en modo alto vacío puede presentar problemas de carga en muestras no conductoras, lo que se soluciona con el modo de bajo vacío o ECM para obtener imágenes más claras.
• 😀 En el SEM, la transición a ECM permite estudiar cristales de sal y observar efectos como la disolución y recristalización mediante la variación de la humedad en la cámara.

Q & A

¿Qué es un microscopio electrónico de barrido (SEM)?

El SEM es un microscopio que utiliza electrones en lugar de luz visible para producir imágenes. Su resolución es mucho más alta que la de los microscopios ópticos debido a que los electrones tienen una longitud de onda más corta que la luz visible.

¿Cuáles son las diferencias clave entre un SEM y un microscopio óptico?

La principal diferencia es el uso de electrones en lugar de luz visible. El SEM emplea un cañón de electrones y lentes electromagnéticas para enfocar los electrones, mientras que el microscopio óptico utiliza luz visible y lentes de vidrio.

¿Qué son los electrones secundarios y retrodispersados en el SEM?

Los electrones secundarios son los electrones que se eyectan del material cuando un haz de electrones lo impacta, y son los principales utilizados para generar imágenes SEM detalladas. Los electrones retrodispersados son los que se desvían hacia atrás desde la muestra debido a su interacción con los electrones del haz, proporcionando información sobre la composición atómica.

¿Cómo se evita la acumulación de carga en una muestra SEM no conductiva?

Para evitar la acumulación de carga en muestras no conductivas, se les aplica una capa delgada de material conductor, como oro-paladio, mediante un codificador de pulverización, lo que facilita la obtención de imágenes de alta calidad.

¿Qué es la ‘carga’ en el contexto de SEM y cómo afecta la imagen?

La carga ocurre cuando el número de electrones que impactan la muestra no es igual al número de electrones que se dispersan o se eyectan, lo que provoca que la muestra acumule carga negativa. Esto afecta la calidad de la imagen debido a la distorsión del haz de electrones.

¿Qué ventajas ofrece un SEM ambiental (ECM) respecto a un SEM tradicional?

El ECM permite introducir vapor de agua en la cámara del SEM, lo que permite estudiar muestras húmedas sin necesidad de deshidratarlas. Esto es ideal para muestras biológicas, como células o bacterias, que deben mantenerse hidratadas para preservar su estado natural.

¿Cuál es la principal desventaja de usar un ECM?

La principal desventaja del ECM es la disminución de la resolución de la imagen debido a la dispersión de los electrones por las moléculas de agua, lo que impide enfocar el haz de electrones tan nítidamente como en un SEM tradicional.

¿Por qué es importante la preparación de la muestra para SEM?

La preparación es crucial para obtener imágenes de calidad. Las muestras deben ser fijadas de manera segura a un stub, y si no son conductivas, deben recubrirse con una capa metálica para evitar problemas de carga que puedan distorsionar la imagen.

¿Qué diferencia hay entre los modos de vacío alto, bajo y SEM ambiental?

El vacío alto es el modo estándar donde no se introduce vapor de agua y se utilizan muestras secas. El modo de vacío bajo introduce algo de vapor de agua para evitar la acumulación de carga. El SEM ambiental permite controlar el nivel de humedad, lo que permite estudiar muestras húmedas como bacterias o plantas.

¿Cómo se manejan las muestras en el SEM para evitar problemas de carga?

En el SEM, las muestras no conductivas deben ser recubiertas con una capa delgada de metal, como oro-paladio, para facilitar la dispersión de los electrones y evitar la acumulación de carga. En un SEM ambiental, también se puede controlar la humedad para reducir la carga en las muestras.