Herhangi bir malzemenin şeklinin ve morfolojisinin özellikleri üzerindeki temel etkisini incelemek için, biçimini bilmek ve incelemek gerekir. Odaklanmış iyon ışını (FIB) tomografisi, üç boyutlu bir kimyasal ve yapısal ilişki çalışması tekniğidir. FIB cihazları, taramalı elektron mikroskobuna (SEM) benzer, ancak tarama için kullanılan ışında önemli bir fark vardır.
SEM için tarama ortamlı elektron ışını kullanılırken, FIB tarama için oldukça odaklanmış bir iyon ışını kullanırken, FIB litografi ve ablasyon amaçlı kullanılabilir. Ancak gelişmeler ve yüksek enerjili odaklanmış ışın nedeniyle artık tomografi tekniği olarak kullanılmaktadır. Tomografi, istenilen herhangi bir bölgenin kesit veya kesit alınarak görüntülenmesi olarak tanımlanmaktadır. FIB’nin enerji dağılımlı spektrometri veya ikincil iyon kütle spektrometrisi ile yazılması, çok yüksek çözünürlüklü 3D görüntülere sahip bir numunenin temel analizini verebilir. Bu teknoloji, niteliksel ve niceliksel analiz, 3B hacim oluşturma ve görüntü işleme hakkında bilgi edinmeye katkıda bulunur.
Malzeme karakterizasyonu
Dersler
FIB/SEM, mikro ölçekten nanometre ölçeğine kadar değişen malzemeleri karakterize etmek için en yeni araçlardan biridir. Çift ışın kurulumu nedeniyle, FIB/SEM, numuneyi tarama amacıyla dilimlemek için bir iyon ışını ve SEM kullanan daha yeni kurulumlardan biridir. Aynısı, FIB’nin bir kesme ve frezeleme kaynağı olduğu, TEM veya EDS’nin ise özel bir karakterizasyon aracı olduğu FIB-TEM ve FIB-EDS karakterizasyon teknikleri için de geçerlidir.
örnek hazırlama
Al-Si kompozit malzemelerin birkaç birincil sertleştirilmiş alaşımı, FIB-SEM ve FIB-EDS tarafından incelenmiştir. Bu numunelerin morfolojik düzenlemesi, kompozitteki Si içeriğinin yüzdesine, takviyenin konsantrasyonuna ve ayrıca şekillendirme prosedürüne bağlıdır, takviyeler ise Ni, Fe ve Mg’yi içerir. Tüm malzemeler SiC kağıt yardımıyla 300 rpm dönme hızında ve SiC boyutları 320, 500, 1000 ve 2400 olacak şekilde öğütüldü. 6 mikron Mümkün olduğu kadar parlak ve pürüzsüz bir yüzey elde etmek için 150 devir/dk sıkma hızında ve MgO ile tuşe bitişi yapılmıştır. Bu amaçla sinterleme sonrası nikel malzeme üretilmiştir.
metodoloji
FEI DB235 çift katmanlı ışın iş istasyonu, öğütme için bir galyum iyon kaynağı (İyon Işını) ve tarama amaçları için elektron ışını (SEM) kullanarak numuneyi analiz etmek için IB ve EB arasında modüle edilmiş 0–52 açısını kullandı. Numunenin ilgili bölgesi, SEM kullanılarak seçildi ve öncü gazın FIB kaynaklı ayrışmasını dahil ederek koruyucu bir Pt tabakası ile kaplandı. Bu koruyucu tabaka, taşlama sırasında daha iyi bir kesim elde etmeye yardımcı olur. Hendek, numuneyi süpürürken hendek üzerinde numune kenarlarının gölgesi olmayacak şekilde numunenin içine (frezelenerek) delinir.
Alttaki resim A, açmanın XY eksenindeki hücre üzerindeki gölgesini, alttaki resim B ise düzeltilmiş halini göstermektedir. Kenar bölgesinde öğütmek daha iyidir, ancak bu sadece dengeli doku ve yapıya sahip numuneler için mümkündür. Diğer numuneler için, numuneden ilgilenilen bölgenin bir mikroişlemci yardımıyla seçilmesi ve bir kenara bırakılması önerilir. Püskürtme örneğinin birikmesini önlemek için ilgi alanının etrafına iki ek hendek açılabilir. Frezeleme, 20 nA’da ışın akımı kullanılarak yapılır. Öğütme kriterleri, mümkün olan en küçük parçacığa net bir üç boyutlu yüzey elde etmek için gereken bölüm sayısının öğütülmesine dayanır.
Alan, numune analizinden önce yüzeyleri cilalamak için pA aralığındaki düşük akımların etkisi altında cilalanmalıdır. Parlatmadan sonra, istenen en iyi morfolojik yapıları elde etmek için numuneler farklı çözünürlük aralıklarında SEM kullanılarak analiz edilmelidir. Örneğin, AlSi12 numunesi 300 nm’lik artışlar kullanılarak analiz edildi ve AlSi7Sr için kullanılan SEM, 83 nm’lik artışlardı.
uygulamalar
Sıkıştırılmış döküm AlSi7Sr’nin FIB/SEM tomografisi
Örnekler, Sr ile tavlanmış ve 5 kV’da SEM yardımıyla incelenmiş bir AlSi7 alaşımı örneğini göstermektedir. Bu yöntem, 60 nm’lik bir kesişme mesafesine sahip yaklaşık 250 tarama görüntüsünün üretilmesine ve öğütme yönünde 15 μm’lik bir numunenin elde edilmesine yardımcı olur. Numunedeki Si, yaklaşık 3–5 μm uzunluğunda lifler ve 200–500 nm çapında dallar gösterdi. Bu lifler birbirine karıştırılır ve renk değişimi ile temsil edilir. 50-100 nm bağlantı boyutları ile yeniden yapılandırılmış ikinci bölgedeki koro yapısındaki Si hacminin son hesaplanan fraksiyonu yaklaşık %5’tir.
Gözenekli nikelin FIB/SEM tomografisi
Gözenekli nikelin 3 boyutlu yapısının yüksek voksel çözünürlüklü SEM destekli mühendisliği. 3 boyutlu görüntüleme, seçilen alanın hacminin yaklaşık üçte ikisinin tamamen birbirine bağlı bir yapı ile gözenekli olduğunu gösterdi. Kanalın dahili kalibresi 500 ila 2000 nm arasında değişmektedir.
Kompakt AlSi12’nin FIB/EDS tomografisi
FIB, ikincil elektronlar üreten numune ile etkileşimin sonucu olan iyon demetini çalışma kaynağı olarak kullanır. Ancak bir enerji dağılımlı spektrofotometre ile donatıldığında, öğütülmüş her bir çipin temel bileşiminin belirlenmesine yardımcı olabilir. EDS’yi FIB ile kullanmak, AlSi12 numunesinin temel bileşimini her dilim için temel verilerle buldu. Karmaşık kimyasal yapılarla uğraşırken, bu yeni heceleme tekniğinin her segment hakkında veri üretmeye ve ilgilenilen bileşiğin tam kimyasını vermeye değer olduğu kanıtlanmıştır. Örnek durumunda, EDS her dilimi bir EDX detektörü (EDS) ile analiz etmek için 8 kV ivme kullanmaktır.
Biyolojik örneğin karakterizasyonu
FIB-SEM, biyolojik numuneleri analiz etmek için kullanılan en gelişmiş teknik olduğundan, biyolojik numuneler her zaman sıcaklığa, neme ve basınca duyarlı olduğundan, bunun için çeşitli önlemler alınmalıdır. Bu nedenle biyolojik numuneler sabitlenmeli, boyanmalı ve reçineye gömülmelidir. Biyolojik numuneler büyük olduğundan, yani mikroskobik ölçekte olduklarından, işlenmeleri için çok zaman gerekir.
Biyolojik bir numuneyi FIB-SEM’den geçirirken görüntü işleme süresi en büyük sınırlayıcı faktördür. Çünkü cihazın tam bir 3 boyutlu görüntüyü yeniden oluşturmak için her bir bloğu ayrı ayrı taraması gerekiyor. Bu nedenle numune tarama süresi, iyi çözünürlük ve uygun kontrast arasında bir denge olmalıdır. Zaman faktörünü azaltmak ve çözünürlüğü ve kontrastı artırmak için kimyasal fiksasyon ve yüksek basınçlı immobilizasyon gibi yeni yöntemler, Si nanotellerinin 3 T3 hücre hattı ile etkileşimini göstermektedir.
Kimyasal sabitleme işlemi
Kimyasal stabilizasyon protokolleri, osmiyum tetroksit tiyokarbohidrazid ve tanik asidin dahil edilmesiyle uranil asetat ve osmiyum tetroksit varlığında aldehit stabilizasyonu kullanır.
Şu anda kimyasal fiksasyon, biyolojik numunelerin FIB-SEM analizi için araştırmacılar arasında en yaygın kullanılan fiksasyon tekniğidir ve yüksek çözünürlüklü görüntüler çok küçük bir mesafeden kaydedilebilir. FIB-SEM araştırmalarının büyük çoğunluğu kimyasal fiksasyona dayanmaktadır. Örneğin hayvan karaciğer dokusu hücreleri, %1.5 K3Fe3+(CN)6 ve %20 glutaraldehit ile modifiye edilmiş FIB-SEM altında incelendi. %2 OsO4 kimyasal karışımı ile 120 dakika fosfat solüsyonunda fikse edildi. Oda sıcaklığında %2 (sulu) uranil asetat ile ek boyama yapıldı.
Yüksek basınçlı dondurma ve dondurmanın değiştirilmesi
Mikroskopi için numunelerin dondurulması, kimyasal fiksasyon ve metal lekeleri olmadan hücresel yapıyı incelemek için eşsiz fırsatlar sunar. Oda sıcaklığında çok net görüntüler elde etmek için biyolojik örnekler FIB-SEM altında incelenebilse de, donma ikamesi (FS) yalnızca yüksek iletkenliğe sahip örneklere ve yüksek kontrastlı görüntülere katkıda bulunur. Reçine ile birleştiğinde mikro yapıların korunmasına da yardımcı olur. Çünkü FS işleme sırasında, sinyal-gürültü oranını azaltmak için istenen birçok kimyasal ve metalik malzeme organik çözücüye konulabilir. Bu, FIB-SEM taramasında şarj etkisinin azalmasına neden olur.
Bugüne kadar, FIB-SEM numune hazırlama için çok az sayıda HPF ve FS çalışması yapılmıştır. Bu çalışmada HPF ve FS tekniklerini kapsayan 24 farklı hazırlama protokolü kullanılmıştır. Değişkenlik ve hücre yapısında önemli bir fark bulunmadı. Başka bir çalışma, kimyasal olarak sabitlenmiş ve FS/HPF fare hepatosit örneklerinin karşılaştırma çalışmasıydı. TEM için sulu veya susuz uranil asetat ve OsO4 içeren bir glutaraldehit ve metil alkol veya aseton karışımı kullanıldı.
Başka bir çalışma, SEM ve TEM görüntüleri arasındaki kontrast farkının eklenen fiksatifler, mineraller ve boyama maddelerinden kaynaklanabileceğini öne sürdü. Sonuç olarak, FIB-SEM, FIB-TEM ve FIB-EDS’nin biyolojik materyal ve numunelerin kesitsel çalışmaları ve karakterizasyon için günümüzde kullanılan en yeni teknikler olduğu sonucuna varılmıştır.
kaynak:
https://www.researchgate.net/publication/337323641_Focused_Ion_Beam_Tomography
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6993138/
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]
İlk Yorumu Siz Yapın