با یک رنگ نانویی کاربرد صنعتی میکروسکوپ SEM بیشتر می‌شود

به جای استفاده از پوشش طلا در آماده‌سازی نمونه‌های SEM، محققان رنگ پلیمری ارائه کردند که می‌تواند عملکرد بهتری نسبت به پوشش طلا داشته باشد و موانع موجود در مسیر استفاده از SEM در مطالعه مواد سرامیکی و زیستی را از میان بردارد.

کد خبر: ۷۷۲۹۶۲

تاریخ: ۱۵ دی ۱۴۰۳ - ۱۲:۲۲

به گزارش ایران اکونومیست، هنگامی که دانشمندان نیاز به بررسی ساختارهای سطحی در مقیاس نانو دارند، میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی رویکردی قدرتمند و تاثیرگذار هستند. این ابزارهای پیچیده تحقیقات در زمینه‌های مختلف از تولید ریزتراشه تا توسعه دستگاه‌های پزشکی را تغییر داده‌اند. با این حال، مطالعه بسیاری از مواد مهم با آنها همچنان چالش‌برانگیز است، زیرا نمونه‌های غیر رسانا، از بافت‌های بیولوژیکی گرفته تا سرامیک‌های پیشرفته، بارهای الکتریکی را در زیر پرتو الکترونی میکروسکوپ جمع می‌کنند. این بارها تصاویری مخدوش ایجاد می‌کنند، دقیقاً مانند الکتریسیته ساکن که سیگنال تلویزیون را مختل می‌کند.

از دهه ۱۹۵۰، دانشمندان با پوشاندن نمونه‌ها با لایه نازکی از طلا قبل از تصویربرداری، این مشکل را حل کردند. در حالی که این رویکرد میکروسکوپ الکترونی را برای اکتشافات بی‌شماری ممکن می‌کند، اما مسائل مهمی را به همراه دارد. طلا پوشش‌های ناهمواری ایجاد می‌کند که سطوح عمودی را به خوبی پوشش نمی‌دهد. لایه طلا همچنین بافتی دانه‌دار با ذرات ۱۰ تا ۱۲ نانومتری ایجاد می‌کند که جزئیات ظریفی را که محققان باید ببینند، محو می‌کند. استفاده از این روکش‌های طلا به محفظه‌های خلأ گران‌قیمت نیاز دارد و کنترل ضخامت پوشش دشوار است. نازک بودن بیش از حد مانع از شارژ شدن نمی‌شود، پوشش‌های خیلی ضخیم هم ویژگی‌های مهم را پنهان می‌کنند.

اکنون محققان در سنگاپور با استفاده از یک پلیمر رسانا به نام PEDOT:PSS راه حل ساده‌تری ایجاد کرده‌اند. این ماده را می‌توان مانند رنگ اعمال کرد و لایه‌های صاف و پیوسته‌ای را ایجاد کرد که با هر شکل سطحی مطابقت دارند. این پلیمر از دو جزء تشکیل شده است که با هم کار می‌کنند؛ PEDOT الکتریسیته را هدایت می‌کند، در حالی که PSS به ایجاد پوشش‌های یکنواخت کمک می‌کند. نتیجه لایه‌ای به ضخامت چند نانومتر است که بارهای الکتریکی را بدون پنهان کردن جزئیات نمونه هدایت می‌کند. این یافته‌ها در نشریه Advanced Functional Materials منتشر شده است.

آزمایش بر روی تراشه‌های کامپیوتری سیلیکونی مزایای این روش را نشان داد. در حالی که نمونه‌های پوشش داده شده با طلا فقط الگوهای سطحی را نشان می‌دادند، این پوشش پلیمری هم ویژگی‌های سطحی و هم ساختارهای زیرین را با وضوح بی‌سابقه‌ای نشان داد. هنگام بررسی مواد چوبی، این روش تصاویر واضحی را از داخل منافذ میکروسکوپی ثبت کرد و به محققان اجازه داد الگوهای رشد را در سه‌بعدی تجزیه و تحلیل کنند. این پوشش پلیمری برای مطالعه مواد فوق سبک به نام آئروژل که دارای شبکه‌های ظریفی از منافذ هزاران بار نازک‌تر از موی انسان است، بسیار ارزشمند بود. روکش طلای سنتی باعث می‌شد این مواد به طور مصنوعی دانه دانه به نظر برسند، اما پلیمر ساختار پیچیده آنها را حفظ کرد.

این روش همچنین بینش‌های جدیدی را در مورد ماسک‌ها و فیلترهای پزشکی با آشکار کردن ساختار شبکه فیبری کامل آنها به جای ویژگی‌های سطحی ارائه کرد. این قابلیت می‌تواند به سازندگان کمک کند تا مواد فیلتراسیون را برای محافظت بهتر در برابر ویروس‌ها و ذرات بهینه کنند. این پوشش پلیمری رسانایی بیش از ۱۰۰۰ زیمنس در سانتی‌متر را به دست آورد که از حداقل مورد نیاز برای تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی شفاف فراتر می‌رود و در عین حال شفافیت پرتو الکترونی را حفظ می‌کند.

سادگی این روش باعث می‌شود که به طور گسترده‌ای در دسترس باشد، زیرا به جای سیستم‌های خلأ تخصصی، فقط به تجهیزات اولیه آزمایشگاهی نیاز دارد. این رویکرد جدید که محققان آن را «SEM توپوگرافیک» می‌نامند، جزئیات سطحی سه‌بعدی را تولید می‌کند که به دانشمندان کمک می‌کند تا مواد مختلف از دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی گرفته تا داربست‌های بافت مصنوعی را بهتر بشناسند.