Rasterelektronen-
mikroskopie
Die Rasterelektronenmikroskopie (REM) ist ein Verfahren zur Untersuchung kleinster Partikel und Proben mittels Elektronenstrahl.
Inhaltsverzeichnis
- Wie funktioniert die Rasterelektronenmikroskopie?
- Rasterelektronenmikroskopie bei Quality Analysis
- Bilderzeugung mit dem Raster-Elektronen-Mikroskop
- Was zeichnet die Rasterelektronenmikroskopie aus?
- Wo kommt die Rasterelektronenmikroskopie zum Einsatz?
- Kurz zusammengefasst: Rasterelektronenmikroskopie
Wie funktioniert die Rasterelektronenmikroskopie?
Bei der Rasterelektronenmikroskopie wird ein Präparat mit einem feinen Elektronenstrahl abgerastert. Anschließend werden die am Detektor ankommenden Elektronen als Grauwertstufen dargestellt. Die REM ermöglicht nicht nur wesentlich höhere Auflösungen als die klassische Lichtmikroskopie, sondern auch die Herstellung dreidimensionaler Abbildungen. Das ermöglicht die exakte Abbildung von Probenoberflächen mit hoher Schärfentiefe und Auflösung.
Rasterelektronenmikroskopie
bei Quality Analysis
Wir nutzen alle Fähigkeiten der modernen Rasterelektronenmikroskopie, um Ihnen die bestmögliche und detaillierteste Untersuchung zu bieten. Dadurch erhalten wir Einblicke in das Innere einer Probe und können gleichzeitig mit dem Ionenstrahl Material in kleinsten Mengen abtragen. Auf diese Art analysieren wir die Gefügestrukturen und Beschichtungen Ihrer Probe mit einer hohen Auflösung bis in den Nanometer-Bereich.
Das kann Quality Analysis für sie tun
- Untersuchung von Oberflächenstrukturen
- Analyse von Gefügestrukturen
- Identifikation von Fremdeinschlüssen
- Nachweis von Verunreinigungen
- Darstellung von Fehlstellen und Bruchoberflächen (Schadensanalyse)
- Partikelanalyse
Bilderzeugung mit dem Raster-Elektronen-Mikroskop
Die Bilderzeugung ist im Raster-Elektronen-Mikroskop wesentlich komplexer als im herkömmlichen Lichtmikroskop, dafür sind aber auch deutlich stärkere Vergrößerungen möglich.
Der Elektronenstrahl im REM
Moderne Elektronenmikroskope erzeugen den zur Untersuchung notwendigen Elektronenstrahl mit einer Feldemissionskathode. Diese erzeugt Elektronen mittels eines elektrischen Feldes, das an ihre feine Spitze angelegt wird. Besteht die Kathode aus dem Element Wolfram, so genügt zur Erzeugung des Strahls die reine Feldstärke, anders hingegen bei der Schottky-Kathode, die beheizt werden muss. Bei beiden Kathoden besteht ein starkes Spannungsgefälle zur Anode hin (bis 3.000 kV), wodurch die Elektronen stark beschleunigt werden. Darum bezeichnet man den obersten Teil des Rasterelektronenmikroskops auch als Elektronenkanone.
Elektronenlinsen – Vergrößerung in der Rasterelektronenmikroskopie
Zur Erzeugung der vergrößerten Abbildung eines Objekts kommen auch in der Rasterelektronenmikroskopie Linsen zum Einsatz. Freilich handelt es sich dabei nicht um optische, sondern sogenannte Elektronenlinsen, welche eigentlich Magnetfelder darstellen. Von ihnen hat jedes Raster-Elektronen-Mikroskop für gewöhnlich drei. Die erste der Linsen dient der Bündelung des Elektronenstrahls. Trifft der Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Probe, schlägt er weitere Elektronen (sogenannte Sekundärelektronen) aus ihr heraus. Neben dem Sekundär-Elektronenkontrast kommen auch der Rückstreu-Elektronenkontrast und die Röntgenanalyse (EDX bzw. WDX) zum Einsatz.
Die Vergrößerung der Abbildung findet erst hinter dem Präparat mittels der Objektspule und der Projektionsspule statt. Schließlich werden die Elektronen, wenn sie am unteren Ende der Spule ankommen, von einem Detektor entweder direkt oder über ihre Wechselwirkungen registriert. Die Elektronendichte eines jeden Bereiches wird in Grauwertstufen dargestellt. Es handelt sich bei einem Bild aus dem REM also nicht um eine Abbildung bzw. Fotographie im klassischen Sinne, sondern vielmehr um ein Verteilungsdiagramm.
Was zeichnet die Rasterelektronenmikroskopie aus?
Der oben geschilderte Vorgang unterscheidet sich bei Raster-Elektronen-Mikroskopen nicht wesentlich von dem in den älteren Transelektronenmikroskopen (TEM). Der Unterschied liegt in der Art der Abtastung. Während beim TEM die gesamte Probe mit einem breiten, statischen Elektronenstrahl abgetastet wird, verwendet das Rasterelektronenmikroskop einen wesentlich feineren Strahl und führt diese Zeile für Zeile über den Untersuchungsbereich.
Dieses Verfahren wird als Rastern bezeichnet. Es erlaubt nicht nur eine hohe Auflösung der Abbildung, sondern auch das Erzeugen dreidimensionaler Darstellungen. Außerdem wird durch das Abtragen von Material in kleinsten Mengen per Ionenstrahl ermöglicht, Gefügestrukturen und Beschichtungen mit einer beeindruckenden Auflösung im Nanometer-Bereich zu analysieren.
Wo kommt die Rasterelektronenmikroskopie zum Einsatz?
Die Rasterelektronenmikroskopie findet über verschiedene Branchen hinweg Anwendung. In der Industrie spielt sie etwa eine Schlüsselrolle bei der Schadensanalyse, dabei wird sie für verschiedene Arten von Komponenten angewendet: mechanisch, optisch oder elektronisch. Zudem kommt sie zur Bruchanalyse und in der Materialographie zum Einsatz, um die mikrostrukturellen Eigenschaften und Defekte von Materialien auf sehr feiner Ebene zu untersuchen. Für die detaillierte Untersuchung von Zellstrukturen und Partikeln ist sie in den Biowissenschaften unerlässlich, während die Rasterelektronenmikroskopie in der Elektroindustrie essenziell für die Identifikation von Verunreinigungen und zur Analyse von Verschleißerscheinungen ist.
Rasterelektronenmikroskopie im Einsatz: 3 Beispiele
Neben chemischen und lichtmikroskopischen Verfahren ist die Rasterelektronenmikroskopie heute eine der wichtigsten Methoden zur detaillierten Untersuchung von Proben aller Art. Neben den Oberflächen können Querschnitte des Präparats untersucht werden. Je nach Einsatzzweck kommen dabei verschiedene Präparationsmethoden in Kombination mit unterschiedlichen Signalarten und passenden Detektoren zum Einsatz.
Schadensanalyse
Oberflächenanomalien und Ablagerungen treten in der dreidimensionalen Darstellung der Rasterelektronenmikroskopie besonders deutlich zutage. Diesen Vorteil macht man sich auch in der Darstellung von Bruchflächen zunutze, wodurch Rückschlüsse auf den Versagensmodus gezogen werden können. Ebenso können Verschleißerscheinungen bei der Schadensanalyse sicher charakterisiert werden.
Chemische Zusammensetzung
Die chemische Zusammensetzung einer Probe lässt sich über die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) ermitteln. Sie kommt beispielsweise zum Nachweis von Verunreinigungen auf Proben oder von Fremdeinschlüssen in denselben zum Einsatz. Auch feinste Korrosionsspuren können so sicher detektiert werden.
Partikelanalyse
Im Rahmen der Partikelanalyse leistet die Rasterelektronenmikroskopie einen wichtigen Beitrag zur Bestimmung von Größe, Verteilung und Schädigungsverhalten von Partikeln. Unter Einsatz der energiedispersiven Röntgenspektroskopie sind auch Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung der Partikel möglich.
Kurz zusammengefasst: Rasterelektronenmikroskopie
Die Rasterelektronenmikroskopie ist ein Verfahren zur Untersuchung organischer und anorganischer Proben bzw. Präparate unter Einsatz eines gebündelten Elektronenstrahls. Mit diesem wird ein vordefinierter Bereich der Probe abgetastet (gerastert). Dieses hochauflösende Verfahren kommt heute in einer Vielzahl von Verfahren zur Materialuntersuchung zum Einsatz.
