Ver a nivel Nano con Microscopía Electrónica

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Por Earl Boysen, Nancy C. Muir, Desiree Dudley, Christine Peterson

En el diminuto mundo de la nanotecnología, la primera necesidad de los investigadores es ver con qué están trabajando. Los microscopios que se usan hoy en día en los laboratorios de nanotecnología hacen precisamente eso. Vienen con acrónimos útiles como TEM y SEM y cuestan entre cien mil y varios millones de dólares.

Para observar objetos de tamaño nanométrico, los microscopios son a menudo más grandes que usted. En lugar de sobresalir sobre el equipo mientras está de pie en un banco de laboratorio, se sienta frente a estos microscopios del tamaño de un escritorio y se elevan sobre usted.

Crédito: Cortesía del Instituto Nacional de Estándares y TecnologíaUn microscopio electrónico utilizado para trabajar con nanotecnología.

Un microscopio electrónico utiliza electrones para visualizar nano objetos. El cañón de electrones en un microscopio de electrones, es grande porque hay que acelerar los electrones antes de iluminar la muestra con un haz de electrones, y todo lo que corre alrededor requiere algo de espacio.

Un microscopio electrónico también utiliza un campo eléctrico de varios miles de voltios para disparar electrones a una muestra. El voltaje más alto acelera los electrones, resolviendo las características más pequeñas de la muestra.

Los microscopios electrónicos vienen en algunas variedades. El más común es un microscopio electrónico de barrido (SEM). En un SEM, los electrones son acelerados en el cañón de electrones y pasan a través de una bobina de barrido que aplica un campo eléctrico para barrer el haz de electrones sobre la muestra. (Todo esto sucede en un vacío porque los electrones no se mueven mucho a través del aire.)

Estos electrones excitan a otros electrones de la muestra, que son recogidos por el detector. Una computadora convierte la señal del detector en una imagen en la pantalla del monitor.

Esquema de un microscopio electrónico de barrido.

Los SEM se encuentran en laboratorios que investigan nanomateriales. Lo bueno de los SEMs es que es fácil preparar una muestra.

Algunos SEMs son capaces de resolver características tan pequeñas como unos pocos nanómetros. Los SEMs tienen una profundidad de campo muy buena, lo que significa que pueden producir imágenes nítidas de muestras ásperas.

Si usted está tratando en un reino muy pequeño y necesita obtener detalles de una muestra hasta unas pocas décimas de nanómetro (el tamaño de un átomo) para ver la estructura interna de la muestra, puede usar un microscopio electrónico de transmisión (TEM). El término transmisión en su nombre significa que los electrones pasan a través de la muestra.


Esquema de un microscopio electrónico de transmisión.

Debido a que la imagen está formada por los electrones que pasan a través de la muestra, la muestra tiene que ser muy delgada. Para hacer tal muestra, usted debe rebanarla y pulirla; por lo tanto, la preparación de la muestra está típicamente mucho más involucrada para un TEM que para un SEM.

Para producir imágenes con una resolución de unas pocas décimas de nanómetro, un TEM utiliza un voltaje mucho más alto para acelerar los electrones que un SEM, lo que hace que el precio de la etiqueta y el coste de instalación de un TEM sea mucho más alto.

Dado el mayor costo del equipo, la preparación de muestras más difícil y la capacitación más extensa que se requiere para utilizar los TEM, se utilizan muchos más SEM que los TEM. Piense en los SEMs como los caballos de batalla de los nanolabs y los TEMs como pura sangre. Sólo aquellos que realmente necesitan la capacidad de ver las cosas a una escala extremadamente pequeña tienen una TEM en su laboratorio.

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