Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Onderzoekers bereiken real-time microscopische beeldvorming tijdens plasmabehandeling

Credit:Unsplash/CC0 Publiek Domein

Een interdisciplinair team van onderzoekers aan de Universiteit van Antwerpen (België) heeft met succes in-situ studies uitgevoerd met een plasma gegenereerd in een scanning-elektronenmicroscoop (SEM). Dit is de eerste keer dat live SEM-beeldvorming werd bereikt tijdens de behandeling van het monster met een plasma. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials Technologies .



Plasma's, vaak omschreven als geïoniseerde gassen of de vierde toestand van materie, hebben een breed scala aan toepassingen. In de halfgeleiderindustrie vervullen ze bijvoorbeeld een cruciale rol in het lithografische proces dat wordt gebruikt om computerchips te maken.

Ze winnen ook aanzienlijke belangstelling voor groene chemietoepassingen, zoals CO2 en CH4 omzetting in chemicaliën met toegevoegde waarde of hernieuwbare brandstoffen, N2 fixatie voor de productie van groenbemesters, maar ook voor biomedische toepassingen, zoals de behandeling van kanker, wondgenezing of desinfectie. Bovendien zijn plasma's ook onderwerp van uitgebreid onderzoek om meer fundamentele inzichten te verkrijgen.

Veel van de relevante processen voor plasmatoepassingen vinden plaats op microscopisch niveau en de observatie ervan vereist vaak beelden met een hoge resolutie die verder gaan dan de mogelijkheden van een conventionele lichtmicroscoop. Daarom werd in dit onderzoek gebruik gemaakt van een scanning-elektronenmicroscoop (SEM).

Zo'n microscoop maakt gebruik van een gefocusseerde straal van zeer energetische elektronen, die over het oppervlak van het betreffende materiaal wordt gescand. Door verschillende signalen te verzamelen die door de elektronenbundel worden geproduceerd en deze pixel voor pixel samen te stellen, kunnen sterk vergrote beelden van het monster worden gegenereerd, tot op het nanometerniveau.

Tijdens beeldvorming met de SEM (rechts) wordt de spanning op de elektrode verhoogd totdat er een plasma-ontlading ontstaat. Dit plasma is zichtbaar op het webcambeeld (links) en veroorzaakt een algehele intensiteitstoename in het SEM-beeld. Credit:Universiteit Antwerpen

Om deze in-situ plasmastudies in een SEM uit te voeren, moesten verschillende uitdagingen worden aangepakt. Ten eerste worden elektronenmicroscopen doorgaans onder hoogvacuümomstandigheden gebruikt om elektroneninteracties met gasmoleculen te minimaliseren.

Om de benodigde gaswolk voor een plasma te creëren, werd een dunne buis met aan het uiteinde een gat ter grootte van een micrometer in de microscoopkamer gebracht om een ​​gecontroleerde gasstroom naar het monster mogelijk te maken. De beperkte gasstroom was voldoende voor lokale plasmabewerking, terwijl in de rest van de microscoop een lage druk werd gehandhaafd voor beeldvorming.

Ten tweede vereist het creëren en onderhouden van een plasma een sterk elektrisch veld dat de elektronen kan beïnvloeden die nodig zijn voor de microscopische beeldvorming. Door de hardware en parameters van de opstelling te optimaliseren, minimaliseerde het team de afbuiging van de elektronenbundel en zorgde voor een stabiele plasma-ontlading, waardoor live-beeldvorming tijdens plasmabewerking mogelijk werd. Op deze manier kon een real-time beeld worden vastgelegd van de behandeling van een koperfilm, zoals te zien is in de video hierboven/hieronder.

Deze belangrijke prestatie was alleen mogelijk dankzij het interdisciplinaire team van onderzoekers dat aan dit project kon werken. Mensen met een achtergrond in elektronica, elektronenmicroscopie en plasmatechnologie, begeleid door prof. Jo Verbeeck (onderzoeksgroep EMAT) en prof. Annemie Bogaerts (onderzoeksgroep PLASMANT), bundelden hun krachten om deze belangrijke mijlpaal te bereiken.

Als volgende stap wil het team nu de analytische mogelijkheden van het instrument verder ontwikkelen door extra detectoren op te nemen die verder gaan dan beeldvorming voor real-time elementaire en structurele karakterisering, wat zou kunnen leiden tot nieuwe inzichten in materiaalwetenschappelijk onderzoek en de fundamenten van plasmafysica.

Meer informatie: Lukas Grünewald et al., In situ plasmastudies met behulp van een gelijkstroommicroplasma in een scanning-elektronenmicroscoop, Geavanceerde materiaaltechnologieën (2024). DOI:10.1002/admt.202301632

Aangeboden door Universiteit Antwerpen




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Onderzoekers ontdekken wat er bij libellen op het menu staat
  2. Machine learning kan bio-engineering mogelijk maken van het meest voorkomende enzym ter wereld
  3. Science Fair Projectideeën voor tandheelkunde
  4. Wat is een wetland? Een ecoloog legt uit
  5. Kun je je familie aanzien voor bedriegers?
  6. Onderzoek ontkracht de mythe dat rashonden vatbaarder zijn voor gezondheidsproblemen
  7. Hoe een zevende-graadsmodel van een dierencel te bouwen
  8. Artefacten suggereren aankomst van mensen in Australië 18,
  9. Habitat: definitie, soorten en voorbeelden

Wetenschap