Rasterelektronenmikroskopie (REM)
Die Rasterelektronenmikroskopie (REM) wird zur Untersuchung der Oberflächenstruktur von Proben in der Materialforschung, Nanotechnologie, Festkörperphysik, Chemie, Verfahrenstechnik, Biologie und Geologie eingesetzt. In den meisten Fällen ist keine aufwändige Probenpräparation erforderlich. Elektrisch isolierende Objekte müssen mit einem dünnen Kohlenstoff-, Gold- oder Platinfilm bedampft werden, um eine Aufladung der Probe im Mikroskop zu vermeiden. Biologische Objekte müssen oft vor der Untersuchung getrocknet werden.
Die REM ist durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet:
- hohe Auflösung bei Abbildung mit Sekundärelektronen: Strukturdetails bis zu 1 nm (bei elektrisch leitfähigen Proben)
- chemisch sensitive Abbildung (qualitativ) mit Rückstreuelektronen
- hohe Schärfentiefe
- Kombination von Topographie und Elementverteilung durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDXS) im Rasterelektronenmikroskop
- EBSD (Electron Backscattering Diffraction) im Rasterelektronenmikroskop: Kristallorientierungen, Mikrotexturen sowie Phasenanalyse durch Kombination mit EDXS
Typische Anwendungen der REM sind:
- Untersuchung von Bruchflächen und Verschleißerscheinungen an Oberflächen
- Untersuchung von Oberflächenbelägen
- Analyse von Partikeln und Ausscheidungen (Größe, Anzahl, Dichte, chemische Zusammensetzung)
- Analyse von Werkstoffinhomogenitäten
- Prozesskontrolle, Prozessverbesserung, Eingangs- und Qualitätskontrolle
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Beispiele für den Einsatz der Rasterelektronenmikroskopie
ZnO Nanosäulen
Probe aus der Gruppe von Prof. Dr. H. Kalt, Institut für Angewandte Physik, Karlsruhe Institut für Technologie (KIT)/Universität Karlsruhe
Nach kritischer-Punkt-Trocknung können auch biologische Objekte mit der REM untersucht werden. Als Beispiel dafür ist in Abbildung (a) eine HT-29 Darmkarzinomzelle gezeigt. Die Abbildung mit Sekundärelektronen (a) zeigt die Oberflächentopographie, während die Abbildung der gleichen Zelle mit Rückstreuelektronen (b) chemisch sensitiv ist. Die mit Pfeilen markierten hellen Bereiche kennzeichnen Pt-Teilchen, die sich an der Zelloberfläche befinden. Die innere Struktur einer HT-29 Zelle kann nach „Abfräsen“ mit einem fokussierten Ga+-Ionenstrahl in einem kombinierten FIB(Focused-Ion-Beam)/REM System (Bild (c) links) abgebildet werden. Abbildung (d) zeigt EDXS Spektren eines etwa 30 nm kleinen Pt-Teilchens und der benachbarten Zellmatrix ohne Pt-Signal.
J. Pelka et al., "Cellular Uptake of Platinum Nanoparticles in Human Colon Carcinoma Cells and Their Impact on Cellular Redox Systems and DNA Integrity, Chem. Res. in Toxicology 22, 649 (2009)
„Großes“ Objekt mit hoher Schärfentiefe abgebildet: Mikrozahnrad mit Welle
Probe: Dr. B. Okolo, Prof. Dr. A. Wanner, Institut für Werkstoffkunde I, Karlsruhe Institut für Technologie (KIT)/Universität Karlsruhe
Bruchfläche eines C/C (Kohlenstoffmatrix/Kohlenstofffaser) Kompositwerkstoffes
B. Reznik, D. Gerthsen, "Microscopic Study of Failure Mechanisms in Infiltrated Carbon Fiber Felts", Carbon 41, 57 (2003)
Bakterien
Scanning electron microscopy image of E. coli DSM 1103. The cells were dropped and prepared on membrane filter by Mareike Hartmann for Diploma work, KIT, Institute of Organic Chemistry, Department Biochemistry.