Desktop elektronenmicroscopie (SEM) heeft het laatste decennium een enorme vlucht genomen. Sinds de ontwikkeling van de eerste compacte desktop SEM’s zijn deze toestellen uitgegroeid tot fantastische all-rounders, die ondertussen wereldwijd ingang hebben gevonden in duizenden labs. Dit heeft geleid tot baanbrekende en innovatieve onderzoeks- en analysemethoden in industrieën zoals de farmacie, microbiologie, polymeren, voeding, keramische en metaalindustrie. 

In de gespecialiseerde of high throughput SEM labs wordt desktop SEM steeds vaker ingeschakeld om de workload van de beschikbare high-end SEM technologie te verlichten.

Om de stand van zaken op vlak van desktop SEM technologie toe te lichten bekijken we hier het gamma Thermo Scientific Phenom desktop SEM, die we verdelen in de Benelux.

Waarom is de desktop SEM zo populair? 

Tot een tiental jaren geleden was elektronenmicroscopie het exclusieve domein van gespecialiseerde academische SEM labs en instituten, of goed uitgeruste research labs van grotere bedrijven. Dit bracht een complexe infrastructuur met zich mee en de nood aan hoogopgeleide en ervaren operatoren. Ook de hoge aankoopkost en gebruikskosten maakten een SEM in het lab een moeilijk te verantwoorden investering.

Een desktop SEM biedt hiervoor een aantal oplossingen:

• Geen specifieke infrastructuur nodig op vlak van stabiliteit, temperatuur of vochtigheid
• Een desktop SEM is een economisch gerechtvaardigde investering in labs waar deze technologie niet voltijds wordt ingezet
• De gebruiks- en onderhoudskosten van een desktop SEM liggen vaak tientallen malen lager dan deze van een klassieke SEM
• De opleiding van (nieuwe) operatoren kan gebeuren binnen één dag, en een specifieke academische vooropleiding is niet vereist

Bovendien biedt deze technologie antwoord op een aantal extra eisen in moderne QC en R&D labs en opent ze nieuwe mogelijkheden in onderzoeksprojecten.

• Een minimale en volledig inplanbare downtime voor onderhoudsactiviteiten
• Meerdere operatoren moeten de SEM kunnen gebruiken op een vlotte en eenvoudige manier door het gebruik van standaardprocedures voor monstervoorbereiding en de opname van de SEM beelden
• In zowel de QC als R&D omgeving moet een desktop SEM automatisch bijvoorbeeld over nacht resultaten blijven produceren.

• De tijd tussen laden van het monster en het eerste SEM beeld (de zogenaamde time-to-image) dient zo klein mogelijk te zijn om de productiviteit te verhogen
• Vaak zijn de mogelijkheden op vlak van vergroting en dieptescherpte met de klassieke optische microscoop te beperkt om te voldoen aan de noden van nieuwe onderzoeksprojecten. Desktop SEM biedt hier een ideale uitkomst
• Beeldanalyse dient ook steeds vaker gecombineerd te worden met chemische analyse en bepaling van deeltjesgrootte – en vorm. Ook hiervoor bieden de aanwezige software en hardware de juiste oplossing.

Wat is de huidige technologische stand van zaken in een desktop SEM? 

Hier gaan we even in op de meer technische kant van de desktop SEM. Welke eigenschappen hebben deze toestellen, en hoe verhouden ze zich tot de klassieke “floor-model” SEM?

Vergroting: de vergrotingsrange van de verschillende modellen uit de Thermo  Scientific Phenom desktop SEM range loopt van 160x tot 350,000x. De beeldresolutie is hier beter dan 6 nm. Bovendien beschikken de toestellen ook over een ingebouwde optische microscoop die 20xtot 160x vergroot.

Voor het “zware” werk is er ook een FEG-SEM model met field emission gun beschikbaar met vergroting tot 2,000.000x (resolutie < 2 nm)

Detectoren: alle Thermo Scientific Phenom desktop SEM’s zijn standaard uitgerust met een backscatter detector (BSD). Optioneel zijn een secondary electron (SE) detector en een EDS detector voor chemische analyse en element identificatie beschikbaar. EDS is mogelijk in point, line scan en mapping mode. Download hier de brochure over SEM-EDS analyse.

Elektronenbron: De Thermo Phenom G en XL series zijn uitgerust met een CeB6 bron. Deze biedt een véél hogere helderheid dan de klassieke wolfraam-draden, en heeft een levensduur van meerdere duizenden uren, waardoor vervanging tijdens een onderhoudsbeurt kan gebeuren, en de downtime minimaal wordt. Het model Phenom Scientific Pharos FEG-SEM beschikt over een field emissions source (FEG) die een nog hogere helderheid en stabiliteit van de elektronenstroom garandeert. 

Versnelspanning en vacuummodes: De verschillende modellen hebben een variabel instelbare versnelspanning van 1 kV tot 20 kV. Meerdere vacuum modes laten toe om door middel van verschillende monsterhouders of een vacuum controller een aangepast vacuüm niveau in te stellen dat past bij uw monsters.

Monsterafmetingen en capaciteit: de modellen uit de G series kunnen een monster tot 25 mm diameter en 30 mm hoogte bevatten. In de XL series kunnen monsters tot 100 mm x 100 mm x 40 mm (h) geimaged worden. Dezelfde monsterhouder kan ook ingezet worden voor geautomatiseerde metingen op maximaal 36 x 12mm stubs of 9 x 30 mm filters.

Monsterhouders en accessoires: Monsterhouders voor koeling en opwarming van monsters zijn beschikbaar, alsook een automatische eucentrische tilt rotation houder en miniatuur testbank voor trek-, druk- en buigtesten.

Software oplossingen: Thermo Scientific Phenom desktop SEM’s kunnen uitgerust worden met software voor automatische bepaling van deeltjesgrootte, vezeldiameter en poriën distributie. Geautomatiseerde oplossingen voor additive manufacturing, technical cleanliness, battery research en steel inclusions, en gespecialiseerde applicaties zoals asbest analyse en gunshot residue behoren tot de mogelijkheden. In een aantal van deze software modules wordt beeldanalyse gecombineerd met elementanalyse via de EDS module.

Thermo Scientific Phenom desktop SEM: oplossingen op maat voor elke applicatie

De range Thermo Scientific Phenom desktop SEM bestaat uit 3 basismodellen:

• Thermo Scientific Phenom ProX G6 is een desktop toestel met volledige SEM functionaliteit die vooral geschikt is voor labs met een grote verscheidenheid aan monsters en toepassingen. Nadruk ligt op een korte time-to-image en flexibiliteit zonder in te boeten op het vlak van gebruiksvriendelijkheid of hardware/software opties. (download hier de Phenom ProX G6 brochure)
• De Thermo Scientific Phenom XL wordt wegens de mogelijk tot laden van grote of een groter aantal monsters vooral ingezet voor geautomatiseerde applicaties of ook een combinatie van specifieke research applicaties overdag in combinatie met high throughput werk buiten de werkuren. Het is ook het XL platform dat gebruikt wordt voor de vele software automatisatie applicaties zoals additive manufacturing, technical cleanliness, battery research, steel inclusions, en asbest analyse. (download hier de Phenom XL brochure)
• De Thermo Scientific Phenom Pharos is de enige commercieel beschikbare desktop FEG-SEM met een resolutie < 2 nm (vergroting tot 2,000.000x). Verder beschikt dit toestel over de functionaliteiten van de ProX G6 series. (download hier de Phenom Pharos brochure)

Voorbeelden van een aantal typische applicaties en desktop SEM configuraties

Hieronder vindt u een greep uit het aanbod van Thermo Scientific Phenom desktop applicaties en beschikbare configuraties voor specifieke industrieën of toepassingen.

• Desktop SEM voor additive manufacturing
• Desktop SEM voor staal applicaties
• Desktop SEM voor technical cleanliness 
• Desktop SEM voor battery research
• Desktop SEM voor nonwoven textiles onderzoek met FiberMetric software
• Desktop SEM voor bloed onderzoek in combinatie met FiberMetric software
• Desktop SEM voor chemische analyse in cleanroom

Download hier de brochures voor elk van deze toepassingen: