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Introdução à
Nanotecnologia
ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio
Ele 1060
Aula 6
2010 - 01
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Microscopia
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Microscopia
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Importância
• Visualizar objetos muitos pequenos– Caracterizar materiais;
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– Estudar propriedades;
– Observar defeitos;
– Investigar comportamentos.
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História
• Primeiro: 1590 na Holanda;
• Primeira descrição detalhada: 1644;
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• Entre 1660 e 1670 surgiram as primeirasaplicações sérias: Biológicas.
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Microscópio Ótico
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Microscópio Ótico
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Microscópio Ótico
• Utiliza a luz e conjuntos de lentes paraaumentar imagens;
• Resolução máxima:
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• Resolução máxima:
– ~250 nm
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Microscópio Ótico
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Microscópio Eletrônico de Transmissão
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MET
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História
• 1932: imagens de folhas de alumínio
– Ainda sem exceder a resolução dos óticos.
• 1933: imagens de fibras de algodão
– Amostra posteriormente danificada pelos elétrons.
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– Amostra posteriormente danificada pelos elétrons.
• 1939: primeiro microscópio comercial
• 1942: primeira conferência
– Delft, Holanda
• 1950: primeira conferência internacional
– Paris, França.
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História
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Primeiro MET comercial
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Informações Gerais
• Similar ao microscópio convencional;
• Feixe de elétrons de alta energia passa atravésde uma amostra fina, revelando informações;
– Elétrons são obtidos de uma “arma”;
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– Elétrons são obtidos de uma “arma”;
– Lentes sofisticadas manipulam os elétrons.
• Microscópios Comerciais.
– Aumentam 1.000.000 de vezes;
– Resolução de 0,1nm.
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Informações Gerais
• Preparação de amostras – complexo;
• Aplicações em diversas áreas:
– Biologia;
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– Biologia;
– Cristalografia;
– Análise química;
– Ciências moleculares;
– Outras.
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Informações Gerais
• Diferentes tipos:
– STEM – Transmissão e Varredura;
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– HRTEM – Alta Definição;
– EFTEM – Filtro de Energia.
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Informações Gerais
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Informações Gerais
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• Imagens: Dr. Brian C. Holloway – The College of
Willian and Mary – EUA.
• Exploring Nanotechnology – Nanopolis.
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Vantagens• Informações de difração;
• Detalhes de morfologia;
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• Informação composicional;
• Informação cristalográfica;
• Análise de defeitos internos.
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Desvantagens
• Difícil preparação de amostra;
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• Imagens 2D de estruturas 3D
– Leva a erros de interpretação;
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Princípios de Funcionamento
• Feixe de elétrons de alta energia (100 – 300 keV);
– Feixe fino e energia controlada (i. e. Velocidade).
• Controle do feixe;
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• Controle do feixe;
– Lentes eletromagnéticas;
– Aberturas.
• Amostras são finas (10 – 100 nm);
• Elétrons que passam pela amostra geram asinformações.
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Princípios de Funcionamento
Fonte de Elétrons
• Dois tipos de fontes:
– Termiônica
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– Termiônica• Elétrons emitidos pelo aquecimento do filamento.
– Emissão de Campo• Campo elétrico é usado para extrair os elétrons
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Princípios de Funcionamento
Fonte de Elétrons
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Princípios de Funcionamento
Lentes
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Princípios de Funcionamento
Interação Elétrons - Amostra
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Preparação das Amostras
Fatiamento
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Preparação das Amostras
Solução
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Preparação das Amostras
Moagem
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Difração
• Ocorre quando ondas passam por orifícios oucontornam estruturas da mesma ordem degrandeza do seu comprimento de onda.
– Gera um desvio na trajetória da onda.
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– Gera um desvio na trajetória da onda.
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Difração Eletrônica
• Elétrons sofrem difração quando passa pela amostra.
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Imagens
HRTEM
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Imagens
HRTEM
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Campo Claro Campo Escuro
http://ncem.lbl.gov/frames/oam.htm
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Aplicações
EELS - Espectroscopia
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Aplicações
Filtro de Energia
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Aplicações
Mapa Elemental
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Aplicações
EDXS - Espectroscopia
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Exemplos
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http://ncem.lbl.gov/frames/oam.htm
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Exemplos
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http://ncem.lbl.gov/frames/oam.htm
Nanopartículas de FePt
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Microscópio Eletrônico de Varredura
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MEV
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História
• 1935: primeiro uso
• 1937: primeiros estudos físicos – Produção de uma patente na inglaterra.
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Produção de uma patente na inglaterra.
• 1965: primeiro equipamento comercial– Entregue à DuPont
• 1989: possibilidade de imagens sem preparação
– ESEM
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Informações Gerais
• Feixe de elétrons faz uma varredura naamostra;
• Informações obtidas:– Topografia;
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– Topografia;
– Composição Química;
– Propriedades óticas e magnéticas.
• Vantagem: grande “Depth of Field”– Proporção da imagem em foco.
• Resolução: 10 nm.
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Informações Gerais
• Preparação de Amostras
– Mais simples que no MET
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• Dois tipos
– Convencional
– Ambiental (Environmental)
• Permite a visualização no estado natural
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Informações Gerais
ELE1060 – Introdução a Nanotecnologia – 2010/01 PUC-Rio
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Informações Gerais
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http://www.le.ac.uk/bs/em/sem.htm
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Princípio de Funcionamento
Aparatos
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Princípio de Funcionamento
Interações Elétrons-Sólido
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Princípio de Funcionamento
Formação das Imagens
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Princípio de Funcionamento
Amostras não condutivas
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Aplicações
WDX e EDX - Espectroscopia
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Exemplos
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http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope
Fotoresistor