MERKEZ LABORATUVARI


Yüksek Çözünürlüklü Transmisyon Elektron Mikroskobu (RTEM)

Durum: 
Çalışıyor

Geçirimli Elektron Mikroskobi:

Geçirimli Elektron Mikroskobu, görüntüleme ve kırınım tekniklerini birlikte kullanarak malzemelerin mikroyapısal incelemesini ve kristal yapılarının belirlenmesini birlikte sağlayabilen çok özel bir malzeme karakterizayon  cihazıdır. Bir başka deyişle, nanometre mertebesinde cok küçük ve ince alanlardan, milyon katı büyütmelerde malzemenin kristalagrofik ve morfolojik bilgilerine aynı anda ulaşılmasını olanaklı kılan bir tekniktir. Yüksek ayırma gücü, aynı anda kırınım ve görüntü bilgilerinin alınabilmesi gibi üstünlüklerine rağmen, bu tekniğin de belli sınırlamaları vardır: Üç boyutlu bir numuneden alınan iki boyutlu ve kırınım kökenli görüntülerinyorumlanması uzmanlık gerektirir. Özellikle biyolojik ve polimerik malzemelerde öne çıkan ışın hasarı (beam damage) etkisi numune özelliklerinin değişmesine yol açabilmektedir. En büyük kısıtlama ise numune hazırlamada ortaya çıkar. Elektron mikroskopta incelenecek numune kesinlikle katı malzeme olmak zorundadır ve 3mm çapında, 100 mm’den daha ince ve elektron geçirgenliğine sahip (bir kaç mm) bir disk olarak hazırlanma zorunluluğu sorun yaratabilir. Dolayısıyla elektron geçirgenliğine uygun olarak hazırlanamamış bir numuneden bir görüntü kontrastı elde etmek mümkün olamamaktadır. TEM’de görüntü ve kırınım bilgisini elde etmenin temel prensibi, ortasında çok küçük bir delik bulunan numuneye paralel bir elektron demeti göndermek ve numuneden doğrudan geçen kırınıma uğramamış ışınları (TB) ve numunenin belirli düzlemlerinden Bragg şartlarına uygun açılarda kırınıma uğramış (DB) ışınları numunenin altında toplamak esasına dayanır. Sırasıyla sadece geçen ışın demetini ve kırınıma uğramış ışınlardan birini kullanılarak yapılan görüntüleme tenknikleri olan Aydınlık Alan ve Karanlık Alan görüntüleri numunelerdeki mikron altı boyutlardaki oluşumların incelenmesinde, varolan ikinci fazların ayıredilmesinde en çok kullanılan yöntemlerdir. Yüksek Çözünürlüklü Kafes Görüntülemesi (HRLI) kristal numunelerdeki atomik düzlemlerin izdüşümlerini görüntülemede kullanılan daha ileri bir tekniktir. Malzemelerin kristal yapılarının belirlenmesinde ise Seçilmiş Alan Kırınım yöntemi kullanılır. Yüksek açılı huzme kırınımı (CBED) ise malzemelerin tam kristalografik analizinde (nokta ve uzay guruplarının belirlenmesi) kullanılabilen çok gelişkin bir başka kırınım tekniğidir. Yüksek açılı açısal karanlık alan (HAADF) dedektörüne sahip Taramalı-Geçirimli Elektron Mikroskobu (STEM) HAABF ve HAADF görüntülerinin eldesinde kullanılır. STEM görüntülerinde taramalı elektron mikroskobuna benzer bir mantıkla numuneyi tarayan bir ışından alınan sinyallerle görüntü eldesi biraz zaman almakla birlikte,  mercek hatalarından arındırılmış görüntüler elde edilmesiyle önemli bir avantaj olarak görülebilir.

Enerji Saçılım Spektroskopisi (EDS) ve Elektron Enerji Kaybı Spektroskopisi (EELS) modern elektron mikroskoplarda analitik karakterizasyon için vazgeçilmez donanımlardır. Bu donanımlar elektron demetinin numuneyle etkileşimi sonunda açığa çıkan,  sırasıyla,  karakteristik X ışınlarını ve inelastik olarak numuneyle etkileşmiş olan elektronların enerji kaybı dağılımlarını kullanarak element analizi amaçıyla kullanılırlar. Enerji Filtrelemeli Görüntüleme (EFTEM) ise elastik ve inelastik olarak saçılmış elektronlardan oluşmuş görüntülerdeki bu iki farklı saçılma unsurlarını birbirinden ayırarak görüntü kontrastının iyileşmesini sağlar.

 

ODTÜ MerLab Transmisyon Elektron Mikroskobi Laboratuvarları:

Laboratuvarlarımız iki Geçirimli Elektron Mikroskop ve bir  TEM Numune Hazırlama Laboratuvarı olarak yapılandırılmıştır.

İnorganik malzemelerin Yüksek Çözünürlüklü incelemeleri Jem Jeol 2100F 200kV HRTEM cihazımızda, polimerik ve biyolojik malzemelerin absorption contrast esaslı incelemeleri FEI 120kV HCTEM cihazımızda yapılabilmektedir. Mikroskoplarımız için  başvuru formlarına aşağıdaki bağlantılardan ulaşılabilirsiniz. Telefon ile bilgi almadan once basvuru formlarininin ekinde bulunan "numune kabul kriterlerini" okumus olmaniz faydali olacaktir.

Başvuru formlarının uzmanlara ulaşmasını takiben haftalık programlarımızdaki en yakın tarihli çalışma periyotlarına yerleştirilerek bilgilendirilirsiniz.

Analiz ücretleri ilgili sayfadan görülebilir. Saat esaslı uygulamamızda, 1 saatin altında analiz yapılması olanaklı değildir.

 

Yüksek Kontrastlı TEM:

Lantan hekzaborür (LaB6) elektron tabancalı, 20-120 kV aralığında hızlandırıcı voltaj altında çalışan FEI marka Tecnai G2 Spirit Biotwin model Yüksek Kontrastlı Geçirimli Elektron Mikroskobu (CTEM), özellikle biyolojik ve polimerik malzemelerin yüksek kontrastlı görüntüleme ile incelenmeleri amacıyla Merkezi Laboratuvarda hizmet vermektedir. Cihaz özel lens konfigürasyonu sayesinde düşük kontrast veren numunelerden maksimum kontrast elde etmek için dizayn edilmiştir. CTEM’in 20 kV ile 120 kV arasında değişen hızlandırıcı voltaj ile hızlı bir geçiş ile çalışabilmesi biyolojik ve polimerik örneklerde elektron demeti hasarını azaltmak için ideal bir özelliktir. Mikroskopta aydınlık alan, karanlık alan ve seçilmiş alan kırınım görüntülemesi yöntemleri kullanılabilmektedir. Ayrıca tomografi opsiyonu yardımıyla numuneden farklı eğme (tilt) açılarıyla alınan görüntüler Xplore 3D programı ile birleştirilerek numunenin üç boyutlu görüntüleri elde edilebilmektedir.

 

Yüksek Çözünürlüklü TEM: 

FEG elektron tabancalı, 80-200 kV aralığında hızlandırıcı voltaj altında çalışan JEOL marka JEM 2100F model Geçirimli Elektron Mikroskobu, farklı numune hazırlama ekipmanlarıyla metal, seramik ve polimer malzemelerin görüntüleme, kırınım ve spektrometrik incelenmeleri amacıyla Merkezi Laboratuvarda hizmet vermektedir.

Konvensiyonel Aydınlık Alan (BF), Karanlık Alan (DF), Seçilmiş Alan Kırınım Örge (SADP) ve Yüksek Çözünürlüklü Kafes Görüntülemesi (HRLI) yöntemlerine ek olarak, yüksek açılı huzme kırınımı (CBED), (HAADF)  detektörüne sahip Taramalı-Geçirimli Elektron Mikroskop (STEM), nano ışın kırınımı (NBD) yöntemlerine de elverişli olan mikroskop,  ayrıca analitik mikroskobi uygulamalarının vazgeçilmez unsurları olan  Enerji Saçılım Spektroskopisi (EDS), Elektron Enerji Kaybı Spektroskopisi (EELS) ve Enerji Filtrelemeli Görüntü (EFTEM) donanımlarına da sahiptir.

Mikroskopta Yüksek çözünürlüklü görüntü (HRLI) eldesinde, seri odaklama görüntülerinin alınmasına yardımcı olmada ve bunların analizini yaparak atom pozisyonlarını gerçekçi şekilde saptamaya yardımcı olmak üzere ftsr Reconstruction yazılımı mevcuttur.

 

TEM Numune Hazırlama Laboratuvarları:

Örneğin formuna göre değişen hazırlama yöntemleri şöyledir:

HACİMLİ ÖRNEKLER: İki aşamada hazırlanır

  1. Elektron geçirgenliğine uygun delik açma öncesi, 3 mm çapında 100µm kalınlığında numuneler elde etmek üzere  mekanik hazırlama süreci
  • Kesme
  • Zımbalama (kırılgan olmayan örnekler için)
  • Mekanik zımparalama
  • Oyuklaştırma (iyonla inceltilecek örnekler için kaçınılmaz, elektroparlatma için şart ve gerekli değil)
  1. İncelmiş folyo örnekte elektron geçirgenliğine uygun delik açma süreci
  • Elektroparlatma (sadece iletken katı örnekler)
  • İyonla İnceltme

Kesit Örnek Hazırlama:

Hacimli örneklerden ultrasonik kesicide dikdörtgen kesici uç takılarak 5-6 parça diktdörtgen kesit kesilir. Bunlar özel epoksi yapıştırıcılar yardımıyla incelenmek istenen numune en ortada yer alacak şekilde birbiri ardına geniş yüzeylerinden yapıştırılır. Kesit numune hazırlama paketiyle gelen işkencede sıkıştırılıp, sertleştirmek üzere birkaç saatliğine sıcak plaka üstünde bırakılır. Üstüne bir beher kapatılarak dış hava akımından izole edilebilir.  Ticari olarak farklı isim ve özelliklerde satılan epoksi yapıştırıcıların kendine özgü sertleşme süre ve sıcaklıkları olduğundan ürünün prospektüsünden bu bilgilere ulaşılır. Kurumayı takiben ultrasonik kesicide 2.3 mm çaplı yuvarlak kesme ucu takılarak  bu çapta bir silindir çıkarılır dikdörtgen sandviçten. 3mm çaplı pirinç bir borunun iç yüzeyine özel epoksi yapıştırıcı sürülerek kesilen silindir parça yerleştirilir ve kurumaya bırakılır. Elde edilen bu kesit silindir, hacimli örnek hazırlama süreçlerinden geçirilir.

 

HACİMLİ OLMAYAN ÖRNEKLER:

Toz Örnekler:

Farklı yaklaşımlardan en yaygın olanı tozları bir ependorf içinde uygun sıvıda süspansiyona almak ve ultrasonik banyoda karıştırdıktan sonra, ince uçlu şırıngaya çekip, numuneye uygun ızgara üstüne bir damla damlatıp, en az bir gece süreyle bekleterek kurutmaktır.

Diğer yaygın kullanım büyük boyutlu tozları ticari olarak bu iş için satılan epoksi içine koyup kalıpta dondurup  kesit örnek hazırlama yöntemi gibi sonrasında hacimli örnekler gibi hazırlamaktır.

İnce Filmler:

Büyütüldüğü yüzeyden kaldırılan ince filmler sandviç tipi ızgaraya yerleştirilerek incelenirler.

 

 

 

POLİMERİK VE BİYOLOJİK ÖRNEKLER:

 

Polimerik örneklerin hazırlanması hacimli ve hacimli olmayan örnekler grubuna dahil olabilir, biyolojik örneklerin hazırlanma süreci genel olarak TEM  numune hazırlama yöntemlerinden çok farklıdır.  Polimerik ve biyolojik örnekler yüksek kontrastlı  geçirimli elektron mikroskobisine daha uygun olduklarından  aşağıdaki yöntemler HCTEM’de incelenebilecek örneklerin hazırlanması olarak da sınıflandırılabilir.

 

Hacimli olmayan toz formunda polimerik örnekler:

Toz halindeki numuneler etanol, aseton, distile su, hekzan gibi uygun çözücü ile birlikte eppendorf tüplerin içerisine konulur. Süspansiyonun içerisindeki katı numune miktarı %0,1 ile %1 arasında olmalıdır. Süspansiyon içindeki katı numune tam olarak homojen bir şekilde dağılana kadar ultrasonik su banyosu içerisinde tutulur. Gözle görülebilecek topak kalmamasına dikkat edilmelidir. Karbon kaplı ızgara (grid) cımbız ile tutulup sabitlenir. Elde edilen süspansiyon mikropipet yardımıyla sabitlenmiş olan karbon kaplı ızgara üzerine 3-5 µl kadar damlatılır. Karbon kaplı ızgara üzerine konulan madde tam olarak kuruyana kadar beklenir.

 

Hacimli  polimerik örnekler:

Ultramikrotomda kesit almak için uygun boyutlara getirilmiş polimerik malzeme (blok), blok tutucuya yerleştirilir. Blok tutucu mikrotoma yerleştirilir. Bloğun yüzeyi mikroskobun altında jilet yardımı ile piramide benzer şekilde küçültülür (Trimleme). Trimlenen bloğun yüzeyi cam bıçak yardımı ile pürüzsüz hale getirilir. Daha sonra istenilen kesit kalınlığı belirlenip (örneğin 100 nm) elmas bıçak ile ince kesitler su havuzuna alınır. Elde edilen ince kesitler perfect loop ile su havuzundan alınıp karbon kaplı ızgaraların üzerine konulur.

 

Biyolojik örnekler:

İncelenecek biyolojik numune boyutu yaklaşık 1 mm3 büyüklükte olacak şekilde küçültülüp uygun bir fiksatif (örneğin; formaldehit, osmium tetroksit, gluteraldehit gibi) ile tespit edilir. Daha sonra fikse edilen dokunun suyu uzaklaştırılır (dehidratasyon). Dehidratasyon işlemi sırasında genellikle etanol, metanol, aseton gibi organik çözücüler kullanılır. Dehidre edilen dokular uygun bir rezin içine gömülür. En sık kullanılan gömme ortamları epoksi ve akrilik rezinlerdir. Gömme ortamına gömülmüş dokudan ultramikrotom ile ince kesitler alınır. İnce kesitler alınıp ızgaraların üzerine yerleştirildikten sonra kontrastı arttırmak amacıyla uranil asetat ile boyama işlemi yapılabilir.

 

 

 

 

 

 

JEOL JEM 2100F HRTEM Mikroskop Teknik Özellikleri:

 

A-ELEKTRON TABANCASI

Hızlandırıcı Voltaj: 80-200 (beş aşamada 80,100, 120, 160,200kV) kV

Elektron Kaynagı: Schottky tipi Field Emission tabanca

Voltaj kararlılıgı: 2 ppm/dakika’dan daha iyi

Işın çapı:  TEM mode:2-5 nm, EDS/NBD/CBED modes: 0,14-2,4 nm

Toplayıcı aralıgı: motorize, 4 aşamalı (10, 40, 100, 200 mm)

B-GORUNTULEME SISTEMI

Çizgi çözünürlüğü: 0.1 nm

Nokta çözünürlüğü : 0.19 nm

Numune Döndürme:

URP: ±25-27°b (kenar-orta)

HRP: ±35-37° (kenar-orta)

Büyütme: 50X-1 500 000X

Kamera uzunluğu: 80-2000 mm

Döndürmesiz görüntüleme

Mercek akım kararlılığı: 1 ppm/dakika’dan daha iyi

STEM HAADF:

Nokta Çözünürlüğü: 0.14 nm

Büyütme: 2000-150 000 000X

C-NUMUNE HAZNESİ

Yandan girişli, beş eksenli, motorize gonyometre Numune kayması: en fazla 1 nm/dakika

Numune pozisyonunu ve eğme miktarını hafızaya alıp, geri çağırabilme

Numune hareketi: URP,  x&y-eksenleri:± 2mm z-ekseni:± 0.1mm

Numune boyutu: 3 mm çapında

D-ANALIZ EKİPMANI

GATAN TRIDIEM GIF: PEELS + Energy Filtresi

EDS: 0.13 srad, X-ray haritalaması (azaltılmış numune kaymasına bağlı olarak uzun süreli haritalamaolanağı, Boron elementi de dahil hafif elementlerin analizi

Görüntü analiz ve simülasyon yazılımı: FTSR (HREM Research Inc.)

 

 

Kısaltmalar:

HRP:Yüksek Çözünürlüklü Mercek

URP: Ultra Yüksek Çözünürlüklü Mercek

STEM: Taramalı Geçirimli Elektron Mikroskobu PEELS: Paralel Elektron Enerji Kaybı Spektrometresi

GIF: Gatan Görüntü Filtrelemesi

HAADF:Yüksek Açılı Açısal Karanlık Alan Detektoru