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Materials Science
Materials Science Research
Materials science research with electron microscopy for the development of novel materials at the micro- and nanoscale.
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Advanced materials
Countless technical innovations are directly or indirectly linked to novel materials. To fuel continued innovation, researchers want to deepen their understanding of the physical and chemical properties of materials (morphological, structural, magnetic, thermal, and mechanical) at macro-, micro-, and nanoscales.
There are many reasons to understand and improve the properties of materials, thereby increasing their utility and value. Strength, ductility, density, corrosion resistance, and electrical conductance are just a few of the properties that can be vital for enhanced or even entirely new applications of a material.
Polymer materials and catalysts
In the fields of polymer and catalysis research, chemists and chemical engineers want to better understand the relationships between material structure and function at the micro- and nanometer scales. Their discoveries lead to new materials systems with targeted functionality, longer active lifetimes, lower replacement costs, improved strength, and better manufacturability.
The exciting field of nanodevices is focused on developing miniaturized technology with unique functionality for electronic, magnetic, mechanical, and optical systems. Sensors, actuators, and microfluidic devices are all in high demand to help solve global energy, communications, and critical monitoring challenges.
Materials science research
As scientists expand their knowledge of material structures, they also want to understand how materials behave in response to light, temperature, pressure, and other stimuli. Additionally, two-dimensional observations do not always yield answers in a three-dimensional world. Imaging, analysis, and materials characterization must therefore deliver real-world visibility by generating information in 3D under a variety of environmental conditions.
It is clear that innovative materials play essential roles in safety, clean energy, transportation, human health, and industrial productivity. Whether exploring alternative energy sources or developing stronger, lighter materials and sophisticated nanodevices, Thermo Fisher Scientific provides a broad range of spectroscopy and electron microscopy tools for the fundamental research and development of new materials.
Paint adhesion analyzed with EM. Scratch-testing in a paint layer on steel is used to determine total depth of the scratch and any delamination effects on the adhesion layer.
Photonic upconversion nanoparticles (UCNPs), comprised of NaYF4, imaged with SEM. UCNPs are used in a variety of biomedical applications, including: as imaging contrast labels in cellulo, in vivo, and ex vivo, as biosensors for detection of antibiotics and toxins in food, as biosensors to measure biomarkers in biological fluids (e.g. whole blood, serum, urine), and as therapeutic agents against targets such as cancer cells.
NiTiZr shape-memory alloy imaged with high-resolution bright-field STEM. This material is a lightweight, solid-state alternative to conventional actuators such as hydraulic, pneumatic, and motor-based systems.
Paint adhesion analyzed with EM. Scratch-testing in a paint layer on steel is used to determine total depth of the scratch and any delamination effects on the adhesion layer.
Photonic upconversion nanoparticles (UCNPs), comprised of NaYF4, imaged with SEM. UCNPs are used in a variety of biomedical applications, including: as imaging contrast labels in cellulo, in vivo, and ex vivo, as biosensors for detection of antibiotics and toxins in food, as biosensors to measure biomarkers in biological fluids (e.g. whole blood, serum, urine), and as therapeutic agents against targets such as cancer cells.
NiTiZr shape-memory alloy imaged with high-resolution bright-field STEM. This material is a lightweight, solid-state alternative to conventional actuators such as hydraulic, pneumatic, and motor-based systems.
Recherche sur les batteries
Le développement de batteries est possible grâce à une analyse multi-échelle avec la microCT, la SEM et la TEM, la spectroscopie Raman, la XPS ainsi que la visualisation et l’analyse 3D numériques. Découvrez comment cette approche fournit les informations structurelles et chimiques nécessaires à l’amélioration des batteries.
Recherche sur les polymères
La microstructure des polymères détermine les caractéristiques et les performances globales du matériau. La microscopie électronique permet une analyse complète à échelle microscopique de la morphologie et de la composition des polymères pour les applications de recherche et développement (R&D) et de contrôle de la qualité.
Recherche sur les métaux
La production efficace de métaux nécessite un contrôle précis des inclusions et des précipités. Nos outils automatisés peuvent effectuer toute une série de tâches essentielles à l’analyse des métaux, notamment le comptage des nanoparticules, l’analyse chimique par EDS et la préparation des échantillons par TEM.
Recherche dans le domaine de la catalyse
Les catalyseurs sont essentiels pour la majorité des processus industriels modernes. Leur efficacité dépend de la composition microscopique et de la morphologie des particules catalytiques ; l’EM avec l’EDS est parfaitement adaptée à l’étude de ces propriétés.
Matériaux 2D
La recherche sur les nouveaux matériaux s’intéresse de plus en plus à la structure des matériaux à faible dimension. La microscopie électronique à transmission et balayage avec correction de sonde et monochromation permet une imagerie en deux dimensions haute résolution des matériaux.
Nanoparticules
Les matériaux possèdent des propriétés fondamentalement différentes à l’échelle nanométrique par rapport à l’échelle macroscopique. Pour les étudier, les instruments de S/TEM peuvent être associés à la spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie pour obtenir des données de résolution à l’échelle du nanomètre, voire inférieure au nanomètre.
Tests de matériaux automobiles
Chaque composant d’un véhicule moderne est conçu pour assurer la sécurité, l’efficacité et les performances. La caractérisation détaillée des matériaux automobiles à l’aide de la spectroscopie et de la microscopie électronique éclaire les décisions critiques concernant les processus, les améliorations des produits et les nouveaux matériaux.
Style Sheet for Komodo Tabs
Préparation des échantillons par (S)TEM
Les microscopes DualBeam permettent la préparation d’échantillons ultra-fins de haute qualité pour l’analyse par (S)TEM. Grâce à l’automatisation avancée, les utilisateurs disposant de n’importe quel niveau d’expérience peuvent obtenir des résultats de niveau expert pour une large gamme de matériaux.
Caractérisation des matériaux 3D
Le développement de matériaux nécessite souvent une caractérisation 3D multi-échelle. Les instruments DualBeam permettent la coupe en série de grands volumes et l’imagerie par SEM subséquente à l’échelle du nanomètre, qui peut être traitée en reconstructions 3D de haute qualité de l’échantillon.
Prototypage à l’échelle nanométrique
À l’heure où la technologie ne cesse de miniaturiser les éléments, la demande pour les structures et les dispositifs à l’échelle nanométrique ne cesse d’augmenter. Le nanoprototypage 3D avec les instruments DualBeam vous aide à concevoir, créer et inspecter rapidement des prototypes fonctionnels à l’échelle microscopique et nanométrique.
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Analyse élémentaire par EDS
L’EDS fournit des informations de composition essentielles aux observations du microscope électronique. Nos systèmes de détection Super-X et Dual-X uniques offrent en particulier des options supplémentaires pour un débit et/ou une sensibilité améliorés, ce qui vous permet d’optimiser l’acquisition de données pour répondre à vos priorités de recherche.
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Tomographie par EDS 3D
La recherche moderne sur les matériaux dépend de plus en plus de l’analyse à l’échelle nanométrique en trois dimensions. La caractérisation 3D, y compris les données de composition pour un contexte chimique et structurel complet, est possible grâce à la spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie et l’EM 3D.
Cartographie élémentaire à échelle atomique avec EDS
L’EDS à résolution atomique fournit un contexte chimique inégalé pour l’analyse des matériaux en différenciant l’identité élémentaire des atomes individuels. Lorsqu’il est associé à une TEM haute résolution, il est possible d’observer l’organisation précise des atomes dans un échantillon.
ColorSEM
Grâce à l’utilisation de l’EDS en direct (spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie) et de la quantification en direct, la technologie ColorSEM transforme l’imagerie par SEM en technique de couleur. Tout utilisateur peut désormais acquérir des données élémentaires en continu pour obtenir des informations plus complètes que jamais.
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Imagerie par HRSTEM et HRTEM
La microscopie électronique à transmission est d’une valeur inestimable pour caractériser la structure des nanoparticules et des nanomatériaux. La STEM et la TEM haute résolution permettent d’obtenir des données de résolution atomique ainsi que des informations sur la composition chimique.
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Imagerie à contraste de phase différentielle
La recherche moderne sur les composants électroniques repose sur l’analyse à l’échelle nanométrique des propriétés électriques et magnétiques. La STEM à contraste de phase différentiel (DPC-STEM) peut réaliser une image de la force et la répartition des champs magnétiques dans un échantillon et afficher la structure du domaine magnétique.
Imagerie d’échantillons chauds
L’étude des matériaux dans des conditions réelles implique souvent de travailler à des températures élevées. Le comportement des matériaux à mesure qu’ils recristallisent, fondent, se déforment ou réagissent en présence de chaleur peut être étudié in situ à l’aide de la microscopie électronique à balayage ou d’outils DualBeam.
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SEM environnementale (ESEM)
La SEM environnementale permet de réaliser une image des matériaux dans leur état d’origine. Elle convient parfaitement aux chercheurs universitaires et industriels qui doivent tester et analyser des échantillons humides, sales, réactifs, dégageant des gaz ou non compatibles avec le vide.
Spectroscopie de perte d’énergie d’électrons (EELS)
La recherche en sciences des matériaux bénéficie d’une EELS haute résolution pour un large éventail d’applications analytiques. Celle-ci inclut la cartographie élémentaire à haut débit et à haut rapport signal-bruit, ainsi que le sondage des états d’oxydation et des phonons de surface.
Coupe transversale
La coupe transversale donne des informations supplémentaires en révélant des informations sur les sous-surfaces. Les instruments DualBeam sont dotés de colonnes à faisceau d’ions focalisé supérieures pour une coupe transversale de haute qualité. Grâce à l’automatisation, un traitement sans surveillance à haut débit des échantillons est possible.
Expérimentation in situ
L’observation directe en temps réel des changements microstructurels par microscopie électronique est nécessaire pour comprendre les principes sous-jacents des processus dynamiques tels que la recristallisation, la croissance des grains et la transformation de phase pendant le chauffage, le refroidissement et l’humidification.
Analyse des particules
L’analyse des particules joue un rôle essentiel dans la recherche sur les nanomatériaux et le contrôle de la qualité. La résolution à l’échelle du nanomètre et l’imagerie supérieure de la microscopie électronique peuvent être associées à des logiciels spécialisés pour la caractérisation rapide des poudres et des particules.
Cathodoluminescence
La cathodoluminescence (CL) décrit l’émission de lumière à partir d’un matériau lorsqu’il est excité par un faisceau d’électrons. Ce signal, capturé par un détecteur CL spécialisé, contient des informations sur la composition de l’échantillon, les défauts cristallins ou les propriétés photoniques.
SIMS
Le détecteur de TOF-SIMS (spectrométrie de masse des ions secondaires à temps de vol) pour les outils de microscopie électronique à balayage par faisceau d’ions focalisé (FIB-SEM) permet une caractérisation analytique haute résolution de tous les éléments du tableau périodique, même à de faibles concentrations.
Analyse multi-échelle
Les nouveaux matériaux doivent être analysés à une résolution toujours plus élevée tout en conservant le contexte plus large de l’échantillon. L’analyse multi-échelle permet d’établir une corrélation entre divers outils et modalités d’imagerie tels que la microCT à rayons X, le DualBeam, le PFIB laser, la SEM et la TEM.
Préparation des échantillons par APT
La tomographie par sonde atomique (APT) fournit une analyse de composition 3D à résolution atomique des matériaux. La microscopie par faisceau d’ions focalisé (FIB) est une technique essentielle pour la préparation d’échantillons spécifique au site, orientée et de haute qualité pour la caractérisation de l’APT.
Flux de travail de particules automatisé
Le flux de travail de nanoparticules automatisé (APW) est un flux de travail de microscope électronique à transmission pour l’analyse des nanoparticules, offrant une grande surface, une imagerie haute résolution et une acquisition de données à l’échelle nanométrique, avec un traitement à la volée.
Préparation des échantillons par (S)TEM
Les microscopes DualBeam permettent la préparation d’échantillons ultra-fins de haute qualité pour l’analyse par (S)TEM. Grâce à l’automatisation avancée, les utilisateurs disposant de n’importe quel niveau d’expérience peuvent obtenir des résultats de niveau expert pour une large gamme de matériaux.
Caractérisation des matériaux 3D
Le développement de matériaux nécessite souvent une caractérisation 3D multi-échelle. Les instruments DualBeam permettent la coupe en série de grands volumes et l’imagerie par SEM subséquente à l’échelle du nanomètre, qui peut être traitée en reconstructions 3D de haute qualité de l’échantillon.
Prototypage à l’échelle nanométrique
À l’heure où la technologie ne cesse de miniaturiser les éléments, la demande pour les structures et les dispositifs à l’échelle nanométrique ne cesse d’augmenter. Le nanoprototypage 3D avec les instruments DualBeam vous aide à concevoir, créer et inspecter rapidement des prototypes fonctionnels à l’échelle microscopique et nanométrique.
Analyse élémentaire par EDS
L’EDS fournit des informations de composition essentielles aux observations du microscope électronique. Nos systèmes de détection Super-X et Dual-X uniques offrent en particulier des options supplémentaires pour un débit et/ou une sensibilité améliorés, ce qui vous permet d’optimiser l’acquisition de données pour répondre à vos priorités de recherche.
Tomographie par EDS 3D
La recherche moderne sur les matériaux dépend de plus en plus de l’analyse à l’échelle nanométrique en trois dimensions. La caractérisation 3D, y compris les données de composition pour un contexte chimique et structurel complet, est possible grâce à la spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie et l’EM 3D.
Cartographie élémentaire à échelle atomique avec EDS
L’EDS à résolution atomique fournit un contexte chimique inégalé pour l’analyse des matériaux en différenciant l’identité élémentaire des atomes individuels. Lorsqu’il est associé à une TEM haute résolution, il est possible d’observer l’organisation précise des atomes dans un échantillon.
ColorSEM
Grâce à l’utilisation de l’EDS en direct (spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie) et de la quantification en direct, la technologie ColorSEM transforme l’imagerie par SEM en technique de couleur. Tout utilisateur peut désormais acquérir des données élémentaires en continu pour obtenir des informations plus complètes que jamais.
Imagerie par HRSTEM et HRTEM
La microscopie électronique à transmission est d’une valeur inestimable pour caractériser la structure des nanoparticules et des nanomatériaux. La STEM et la TEM haute résolution permettent d’obtenir des données de résolution atomique ainsi que des informations sur la composition chimique.
Imagerie à contraste de phase différentielle
La recherche moderne sur les composants électroniques repose sur l’analyse à l’échelle nanométrique des propriétés électriques et magnétiques. La STEM à contraste de phase différentiel (DPC-STEM) peut réaliser une image de la force et la répartition des champs magnétiques dans un échantillon et afficher la structure du domaine magnétique.
Imagerie d’échantillons chauds
L’étude des matériaux dans des conditions réelles implique souvent de travailler à des températures élevées. Le comportement des matériaux à mesure qu’ils recristallisent, fondent, se déforment ou réagissent en présence de chaleur peut être étudié in situ à l’aide de la microscopie électronique à balayage ou d’outils DualBeam.
SEM environnementale (ESEM)
La SEM environnementale permet de réaliser une image des matériaux dans leur état d’origine. Elle convient parfaitement aux chercheurs universitaires et industriels qui doivent tester et analyser des échantillons humides, sales, réactifs, dégageant des gaz ou non compatibles avec le vide.
Spectroscopie de perte d’énergie d’électrons (EELS)
La recherche en sciences des matériaux bénéficie d’une EELS haute résolution pour un large éventail d’applications analytiques. Celle-ci inclut la cartographie élémentaire à haut débit et à haut rapport signal-bruit, ainsi que le sondage des états d’oxydation et des phonons de surface.
Coupe transversale
La coupe transversale donne des informations supplémentaires en révélant des informations sur les sous-surfaces. Les instruments DualBeam sont dotés de colonnes à faisceau d’ions focalisé supérieures pour une coupe transversale de haute qualité. Grâce à l’automatisation, un traitement sans surveillance à haut débit des échantillons est possible.
Expérimentation in situ
L’observation directe en temps réel des changements microstructurels par microscopie électronique est nécessaire pour comprendre les principes sous-jacents des processus dynamiques tels que la recristallisation, la croissance des grains et la transformation de phase pendant le chauffage, le refroidissement et l’humidification.
Analyse des particules
L’analyse des particules joue un rôle essentiel dans la recherche sur les nanomatériaux et le contrôle de la qualité. La résolution à l’échelle du nanomètre et l’imagerie supérieure de la microscopie électronique peuvent être associées à des logiciels spécialisés pour la caractérisation rapide des poudres et des particules.
Cathodoluminescence
La cathodoluminescence (CL) décrit l’émission de lumière à partir d’un matériau lorsqu’il est excité par un faisceau d’électrons. Ce signal, capturé par un détecteur CL spécialisé, contient des informations sur la composition de l’échantillon, les défauts cristallins ou les propriétés photoniques.
SIMS
Le détecteur de TOF-SIMS (spectrométrie de masse des ions secondaires à temps de vol) pour les outils de microscopie électronique à balayage par faisceau d’ions focalisé (FIB-SEM) permet une caractérisation analytique haute résolution de tous les éléments du tableau périodique, même à de faibles concentrations.
Analyse multi-échelle
Les nouveaux matériaux doivent être analysés à une résolution toujours plus élevée tout en conservant le contexte plus large de l’échantillon. L’analyse multi-échelle permet d’établir une corrélation entre divers outils et modalités d’imagerie tels que la microCT à rayons X, le DualBeam, le PFIB laser, la SEM et la TEM.
Préparation des échantillons par APT
La tomographie par sonde atomique (APT) fournit une analyse de composition 3D à résolution atomique des matériaux. La microscopie par faisceau d’ions focalisé (FIB) est une technique essentielle pour la préparation d’échantillons spécifique au site, orientée et de haute qualité pour la caractérisation de l’APT.
Flux de travail de particules automatisé
Le flux de travail de nanoparticules automatisé (APW) est un flux de travail de microscope électronique à transmission pour l’analyse des nanoparticules, offrant une grande surface, une imagerie haute résolution et une acquisition de données à l’échelle nanométrique, avec un traitement à la volée.
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