Controlar la congelació de l'aigua per formar cristalls de gel en qualsevol tipus de mostra ens permet obtenir resultats interessants i útils per a diferents línies de recerca relacionades amb aplicacions industrials, com ara la millora de l'eficiència en la producció artificial de neu, la prevenció de la formació de gel a la indústria alimentària, la protecció de maquinària i la conservació de mostres biològiques, entre d'altres.

Som capaços de fer créixer gel in situ al FEI Quanta 650FEG ESEM mitjançant un control acurat de les condicions de temperatura i humitat amb una cel·la Peltier.

El FEI Tecnai G² F20 HR(S)TEM, equipat amb un filtre d'imatge Gatan (GIF) Quantum SE 963, permet, entre d'altres, el perfilat elemental i el mapeig de nanopartícules. Mitjançant STEM-EELS som capaços de determinar la localització de Fe₂O₃ i Mn₂O₃ en nanopartícules de tipus nucli-coberta de menys de 5 nm de mida. El mapa STEM-EELS s'ha adquirit a 80 kV per evitar el dany a la mostra. Cal tenir en compte que la coberta de Mn₂O₃ té un gruix d'aproximadament 1 nm.

L'EELS resulta útil per detectar la composició química de mostres de grafè funcionalitzat. A tall d'exemple, aquí es mostra l'espectre EELS d'anions d'aminododecahidro-closo-dodecaborat (B12) injertats sobre òxid de grafè, on els pics de pèrdua d'energia amb llindars a 188 eV, 284 eV, 401 eV i 532 eV corresponen, respectivament, al B, C, N i O continguts a la mostra.

A més, cartografiant les vores d'ionització K del B i el C mitjançant la TEM filtrada per energia (EFTEM), podem observar que el carboni es troba tant al floc de grafè com a la pel·lícula de suport de carboni, mentre que el mapa del bor només mostra una intensitat brillant al floc de grafè, la qual cosa demostra la funcionalització exitosa del floc i la distribució homogènia de les unitats funcionals.

S'ha dut a terme la investigació de la capacitat dels nanotubs de carboni de paret múltiple aminofuncionalitzats (MWNTs-NH3+) per travessar la barrera hematoencefàlica (BHE) mitjançant imatges STEM de baixa tensió. Evidència sòlida mitjançant microscòpia electrònica per a cada etapa del procés de transcitosi.

El Magellan XHRSEM pot operar a baixes tensions amb una excel·lent resolució, la qual cosa proporciona imatges de superfície d'extrema sensibilitat com les requerides per a la visualització de flocs de materials 2D. Per exemple, el grafè pot estudiar-se dipositat no sols sobre substrats conductors, sinó també sobre superfícies no conductores, com ara l'òxid de silici. El mode de desacceleració del feix d'electrons, juntament amb l'ús d'un detector de d'electrons retrodispersats d'alta sensibilitat, s'utilitza per a la visualització de mostres no conductores.

Amb l'etapa de calefacció disponible al Quanta 650FEG ESEM podem controlar acuradament la temperatura de les mostres i analitzar com evolucionen mentre s'adquireixen imatges i es graven vídeos. Les temperatures de degradació, els punts de fusió, els canvis d'estructura i moltes altres característiques es poden determinar fins a 1.000 °C amb rampes de temperatura de fins a 40 °C/min i a resolució nanomètrica.

En aquest cas, els investigadors volen determinar la temperatura de degradació de càpsules orgàniques per esbrinar si són adequades per a la seva aplicació final, en la qual estaran exposades a entorns d'alta temperatura. La temperatura de degradació es determina a ~150 °C (imatge central) on, com es pot observar, les càpsules comencen a degradar-se.

L'obtenció d'imatges superficials detallades i reals sempre ha estat extremadament difícil en el SEM, ja que la resolució dels microscopis disminueix en reduir el voltatge i comencen a ser gairebé impossibles d'operar per sota de 500 V d'energia del feix electrònic. Amb el Magellan 400L XHRSEM es poden adquirir imatges fins a 50 V d'energia del feix electrònic, de manera que es poden obtenir imatges superficials reals i detallades amb resolució nanomètrica.

A continuació es mostra una comparació entre 2 kV (voltatge baix; esquerra) i 150 V (voltatge extremadament baix; dreta) d'un patró de forats circulars sobre una oblia de Si:

Com es pot observar, la imatge de l'esquerra mostra el patró circular i la superfície sòlida i llisa de la mostra, tal com s'espera en una oblia de silici en imatges de voltatge baix; en canvi, en adquirir una imatge a 150 V apareixen detalls reals de la superfície. L'adquisició d'imatges a voltatges extremadament baixos permet veure la superfície real de la mostra, és a dir, la nanorugositat i les nanopartícules es veuen clarament. Això és possible gràcies al mode de desacceleració del feix del microscopi, que permet treballar amb energies de fins a 50 V mantenint la resolució d'un feix electrònic d'entre 1 i 4 kV.

Combinant el detector d'electrons retrodispersats d'alt contrast a baixa tensió (vCD), equipat al Magellan 400L XHRSEM, amb el mode de desacceleració de feix disponible, podem obtenir imatges sense càrrega de mostres aïllants no recobertes amb resolució nanomètrica.

Aquí mostrem una imatge d'un copolímer de bloc nanoimpremtat de poli(estirè-b-òxid de polietilè). El patró de línies del tampó es va replicar amb alta resolució a la pel·lícula de copolímer de bloc, mentre que les forces de cisalla que es produeixen durant el procés d'impressió van induir la segregació de microfases dels BCPs, donant lloc als nanoporosen observats a les rases.

Combinant el mode d'imatge STEM disponible al Magellan 400L XHRSEM amb el detector EDX X-Max Ultim Extreme, podem realitzar escanejos lineals i mapes EDX amb una resolució sense precedents en un SEM.

A continuació, un escanejat lineal EDX mostra la distribució elemental d'una mostra de catalitzador Ni/ZnO, on el catalitzador Ni és suportat sobre ZnO. Amb un pas de feix de tan sols 5 nm a 10 kV, la distribució elemental de la mostra es pot resoldre clarament. Temps d'adquisició: 5 minuts. Longitud total de l'escanejat lineal: 195 nm.

Mostra cedida per: Jordi Llorca (UPC)

Combinant el mode d'imatge STEM disponible al Magellan 400L XHRSEM amb el detector EDX X-Max Ultim Extreme, podem realitzar linescans i mapes EDX amb una resolució sense precedents en un SEM.

A continuació, un mapa EDX mostra la distribució elemental de nanocubs core-shell de Fe3O4/Mn3O4, amb una mida de píxel de 2 nm, adquirits a 10 kV; l'estructura core-shell es pot resoldre clarament. Temps d'adquisició: 10 minuts.

Mostra cedida per: Alejandro Gómez i Josep Nogués (Grup de Nanoestructures magnètiques – ICN2)

El mode d'imatge STEM disponible al Magellan 400L XHRSEM proporciona les imatges de resolució més alta (1 nm@20 kV) disponibles en un SEM. L'exemple mostra nanotubs inorgànics (PbI2) omplint l'interior de nanotubs de carboni.

El Thermo Scientific Helios 5 UX DualBeam permet produir làmines de mostra excepcionals per a l'anàlisi d'alta resolució amb microscopi electrònic de transmissió (HRTEM), tal com es pot apreciar a la imatge. Gràcies a la seva columna de feix d'ions focalitzat (FIB) Thermo Scientific Phoenix, podem obtenir làmines de mostra d'alta qualitat amb una energia de mecanitzat per feix d'ions i un corrent de feix d'ions de fins a 500 V i 1 pA, respectivament. Aquesta capacitat ens permet preparar làmines de mostra sense cap amorfització de l'estructura cristal·lina, fins i tot en materials tous.

Un sistema FIB té quatre funcions bàsiques: fresat, deposició, implantació i formació d'imatges. El fresat és un procés que permet excavar la superfície de la mostra gràcies a l'ús d'ions de Ga en el feix. El sistema també incorpora una funció de deposició mitjançant l'addició d'un dispositiu d'injecció de gas que permet aplicar determinats materials, generalment metalls, a la superfície del material on impacta el feix. Combinant el fresat amb la deposició, el FIB pot crear gairebé qualsevol microestructura. La imatge inferior mostra una microestructura fabricada amb el nostre Thermo Scientific Helios 5 UX DualBeam.

El Thermo Fisher Scientific Spectra 300 (S)TEM és un microscopi electrònic de transmissió de doble correcció que pot operar tant en mode TEM com STEM, i està equipat amb un canó d'emissió de camp d'altíssima resolució energètica (X-FEG) i un monocromador (UltiMono). Amb el seu sistema Super-X EDX sense finestra (detecció EDX SDD de 4 quadrants; angle sòlid > 0,7 srad), es poden adquirir mapes a escala atòmica com el que es mostra a continuació, obtingut a partir d'una mostra de SrTiO₃. Aquest mapa EDX a escala atòmica es va adquirir en 3,5 minuts.

El Thermo Fisher Scientific Spectra 300 (S)TEM és un microscopi electrònic de transmissió de doble correcció que es pot operar tant en mode TEM com en mode STEM, i que està equipat amb un canó d'emissió de camp d'altíssima resolució energètica (X-FEG) i un monocromador (UltiMono). També disposa d'un filtre d'energia Gatan GIF Continuum K3 per a aplicacions d'EELS i EFTEM (>3.000 espectres per segon amb un cicle de treball >95%), amb un detector CMOS 1069.EXUP (30-300 kV) de baix soroll i alt rang dinàmic, i el detector directe de recompte d'electrons K3 (80-300 kV) per obtenir la màxima qualitat de dades en EELS i EFTEM. A continuació es mostra un mapa EELS a escala atòmica d'una mostra de SrTiO₃ (Sr en vermell, Ti en verd i O en blau). Aquest mapa EELS a escala atòmica es va adquirir en 35 segons.

L'Spectra 300 (S)TEM de Thermo Fisher Scientific amb doble correcció està equipat amb el detector Panther: un detector segmentat d'estat sòlid en eix compost per un detector circular de 8 segments (BF) i un detector circular de 8 segments (ADF/ABF/DPC) (16 segments en total).

A més d'altres aplicacions, podem explotar aquest detector per a imatges de dosi extremadament baixa (corrent de sonda d'1 pA). En aquest exemple, es mostra una imatge iDPC obtinguda d'un cristall de zeolita, un material que fàcilment es torna amorf sota el feix d'electrons.

Cal destacar que aquest mode d'imatge fins i tot ens permet detectar la presència d'alguns àtoms de C encapsulats dins de les posicions dels canals de la mostra de zeolita.

El Thermo Fisher Scientific Spectra 300 (S)TEM de doble correcció ens permet adquirir imatges de resolució atòmica en molts materials diferents, tal com es mostra a continuació per a semiconductors (esquerra) o ceràmiques (dreta).

El Thermo Fisher Scientific Spectra 300 (S)TEM de doble correcció està equipat amb un Thermo Scientific X-FEG UltiMono (monocromador).

A l'exemple següent es mostra un mapa composicional de Ni (vermell) i Ce (verd). Com s'observa en l'espectre EELS del panell inferior, el Ce M i el Ni L es troben molt propers entre si, cosa que fa que sigui molt difícil desconvoluir-los correctament sense monocromar el feix.