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Preparação de Amostras para MET em Ciência dos Materiais

I Escola de Microscopia Eletrônica de Transmissão do CBPF/LABNANO

Junho/2008

Ana Luiza Rocha

1. Condições de uma amostra adequada para MET • Considerações

2. Afinamento inicial / intermediário da amostra• Pré-afinamento mecânico• Dimple

3. Afinamento final da amostra• Polimento Eletrolítico• Ion Milling

4. Outros métodos de preparação • Réplica• Ultramicrotomia• FIB = Focused Ion Beam• Preparação de amostras em pó

5. Considerações Finais

Sumário

Condições de uma amostra adequada para MET

A amostra deve ser:

• Representativa do material de estudo• Estável sob ação do feixe de elétrons• Transparente ao feixe de elétrons

Espessura das amostras para MET: até 100 nm.Em casos específicos (HREM) < 50 nm.

Questões Importantes:1- A deformação mecânica deve ser evitada a todo custo?2- A amostra é susceptível ao calor/radiação?Etc...

Preparação de Amostras

Pergunta básica:

Folha Fina do próprio material

ou

Grade metálica

D. Williams & B. Carter/ TEM Textbook

Seleção de Grades

1) são feitas de Cu ou Ni em geral. 2) diferentes espaçamentos/ formas.

Grades

Vários modelos:

- Rotation holder;

- Heating holder;

- Cooling holder;

- Double-tilt holder;

- Single-title holder;

- Two specimen

Porta Amostras

AFINAMENTO INICIAL DO DISCO

D. Williams & B. Carter/ TEM Textbook

Amostras de Folha FinaAfinamento Inicial Seqüência de preparação

Corte do material

Lixamento/Polimento mecânico

Corte de discos de 3mm de diâmetro

Abertura do FuroDiferentes técnicas

Corte

→ →

Dimple Grinder

D. Williams & B. Carter/ TEM Textbook

Dimple Grinder

Afinamento Intermediário

- Objetivo: afinar o centro do disco de 3 mm através da ação mecânica de abrasão.

- Pressão, velocidade e profundidade do desgaste podem ser controlados.

Preparação da amostra para o MET

Após Dimple

Grade

Amostra nanocristalizada

Exemplo: Amostra FinemetFeSiBCuNb (fita)

5 microns40 microns

Como recebida Marcas de usinagem

AFINAMENTO FINAL DO DISCO

- Só pode ser realizado em amostras condutoras;

- Produz amostras sem deformação mecânica e polida nas duas faces;

- Eletrólitos conhecidos;

- Processo rápido e barato que permite a produção de várias amostras;

Parâmetros importantes:1) temperatura,2) voltagem, 3) corrente, 4) solução utilizada.

Polimento Eletrolítico

Polimento Eletrolítico

PROCESSO DE ABERTURADO FURO

Williams & Carter, 1996, Fig. 10-7

• Dissolução anódica do material da superfície da amostra por uma pilha eletrônica.

• O eletrólito atua em ambos os lados da amostra sob uma pressão constante.

• Sensor detecta transparência e produz um aviso sonoro.

• Após este aviso a amostra tem que ser retirada imediatamente e lavada com solvente para remover completamente o eletrólito.

Williams & Carter, 1996, Fig. 10-6

1. A curva de polimento eletrolítico apresenta um aumento na corrente entre o anodo e o catodo a medida que a voltagem aplicada aumenta.

2. O polimento ocorre numa posição intermediária.

Baixas voltagens: ataque químico

Altas voltagens: corrosão

3. As condições ideais para obter uma superfície polida requer a formação de um filme viscoso entre o eletrólito e a superfície da amostra.

Polimento Eletrolítico

Preparação de amostra de Al utilizando o método de polimento eletrolítico. Melhores resultados foram obtidos utilizando uma solução 30% HNO3 em CH3OH. Temperatura -200C e voltagem entre15-20 V. Este método apresentou melhores resultados do que Ion beam (mais regiões transparentes ao feixe de elétrons).

http://www.phys.rug.nl/mk/research/98/hrtem_localprobe.html

Procedimento:• Bombardeio de íons ou

átomos neutros.

• Preparação é finalizada quando a amostra está fina o suficiente (transparente ao feixe de elétrons) ou quando foi perfurada.

• Processo versátil !!!

Velocidade do afinamento é controlado por: (1) voltagem aplicada, (2) natureza do íon (Ar, He), (3) ângulo de incidência, (4) temperatura da amostra (em alguns equipamentos é possível adicionar nitrogênio líquido), (5) tempo.

Afinamento por feixe de íons - Ion Mill

Observação: Nunca comece o processo com uma amostra grossa!!!

Gatan Dual Ion Mill

Rotação

tanque de Ar

tempo decorrido

Voltagem aplicada

Porta amostra

Medidor de vácuo

Controle do ângulo de incidência

Seletor do canhão

Williams & Carter, 1996, Fig. 10-8

Diagrama esquemático do dispositivo de afinamento por feixe de íons:

• A voltagem aplicada cria um feixe de íons de Ar.• Um ou ambos os canhões podem ser selecionados.• O progresso no afinamento pode ser observado utilizando um microscópio

monocular.• Amostra pode ser resfriada, evitando contaminação e deterioração da superfície.

Ion Milling

D. Williams & B. Carter/ TEM Textbook

Ion Milling – Ângulo de incidência

- Ângulos utilizados variam entre 15-25o.

Preparação da amostra para o MET

Após Dimple

Grade

Marcas das linhas de usinagem da roda de cobre

Ion milling

Furo

Amostra nanocristalizada

Espessura Inicial= 40 µm

t = 50 min

Amostra Finemet: FeSiBCuNb(fita)

Necessário o uso de uma grade

Largura 1,7 mm

Cu

Réplica de Relevo

D. Williams & B. Carter/ TEM Textbook

Amostras em Réplica

Réplica de Extração

D. Williams & B. Carter/ TEM Textbook

Amostras em Réplica

D. Williams & B. Carter/ TEM Textbook

Ultramicrotomia

Utilizada para materiais biológicos e polímeros

Preparação de amostra por FIB

Método:

-É feita uma deposição de metal (Pt) na superfície da área de interesse para proteção durante a operação de desbaste;

- Consiste no desbaste por íons de Ga+ de duas áreas paralelas, delimitando a área de interesse;

- Extensão área da amostra: ~ 15-20 microns.

Preparação de amostra por FIB

Amostra: Metal Nb3Sn/bronze

Características do processo:

1) permite a escolha de regiões de interesse específico;

2) processo demorado;

3) processo caro;

4) requer treinamento.

Preparação de amostras em pó

Materiais Cerâmicos, Minerais, etc.

- Solução = pó + líquido inerte.

- Solução é misturada no ultra-som (homogeneidade).

- Gota da solução é colocada na grade contendo um filme de carbono.

Pó 100 nm

Par de imagens BF-DF

• A preparação de amostra é uma etapa importante no estudo por MET pois a qualidade dos resultados está diretamente relacionada a qualidade das amostras observadas;

• É recomendável observar as amostras logo após preparação das mesmas;

• Encontre o método de preparação de amostra que melhor funcione para o seu material de estudo. Cada método apresenta suas vantagens, desvantagens e artefatos.

Considerações Finais

Referências

– Williams DB, Carter CB (1996). Transmission Electron Microscopy. I. Basics. Specimen preparation (Cap. 10) Plenum Press, New York, pp 155-173.

– Websites: http://temsamprep.in2p3.fr/http://www.phys.rug.nl/mk/research/