Suomen ensimmäinen plasma-FIB-tekniikkaan perustuva pyyhkäisyelektronimikroskooppi on juuri tullut käyttökuntoon VTT:n tiloissa Espoossa. Tuore miljoonaluokan investointi edistää merkittävästi suomalaista materiaalien tutkimusta esimerkiksi vetytalouden, laivateollisuuden ja akkuteollisuuden tarpeisiin sekä palvelee materiaalivaurioiden selvitystä.
Suomen ensimmäinen Xe-ionileikkurilla (PFIB-SEM) varustettu TESCAN AMBER X -pyyhkäisyelektronimikroskooppi on juuri otettu käyttöön VTT:llä. Pohjoismaissa vastaavat laitteet ovat laskettavissa yhden käden sormin, ja ne ovat harvinaisia myös maailmanlaajuisesti.
Miljoonaluokan laitteisto sisältää kaikki huippuluokan ominaisuudet, joista materiaalitutkija voi unelmoida. Perinteisiin FIB-SEM-laitteisiin verrattuna se tarjoaa erinomaiset mahdollisuudet menestyä materiaalien tutkimuksessa ja moninkertaistaa kehitystahdin.
”Uusi laitteisto mahdollistaa materiaalien salamannopean kolmiulotteiseen karakterisoinnin, mikä tukee esimerkiksi tietokoneavusteista materiaalisuunnittelua (ICME) ja automaattista itseohjautuvaa materiaalikehitystä (MAP). Perinteisesti uusien materiaalien kehittäminen kestää kauan, mutta uusien kyvykkyyksien ansiosta voimme lyhentää noin kymmenesosaan sitä aikaa, joka kuluu suunnittelusta materiaalin tuloon markkinoille”, sanoo VTT:n erikoistutkija Supriya Nandy.
Huippuluokan materiaalikehitystä teollisuuden tarpeisiin
Uusi FIB-SEM on suunniteltu nanometrin tarkkuuteen yltäviin tutkimuksiin kaikentyyppisille materiaaleille, kuten keraameille, metalleille ja jopa pehmeille materiaaleille, kuten puulle ja paperille. Näytettä voidaan samaan aikaan sekä kuvata että testata. Tämä on hyödyllistä esimerkiksi sen tarkkailuun, kuinka materiaali reagoi tiettyyn kuormitukseen.
”Plasma-FIBin ja sen testausmahdollisuuksien avulla voimme paitsi vastata kysymyksiin materiaalin ominaisuuksista, myös kysymyksiin siitä, miten materiaali käyttäytyy rasituksessa tai äärimmäisissä lämpötiloissa – tai molemmissa samanaikaisesti. Mistäpä muusta materiaalitieteilijä voisi haaveilla kehittäessään huippuluokan materiaaleja teollisuuden nykyisiin ja tuleviin tarpeisiin?” Nandy jatkaa.
VTT:n TESCAN AMBER X tarjoaa useille suomalaisille teollisuudenaloille mahdollisuuksia uraauurtavaan materiaalikehitykseen.
”Laiva- ja ilmailuteollisuus voisivat hyötyä laitteistamme, jotta niiden materiaalit kestävät aina eri olosuhteissa. Toisenlainen esimerkki on nouseva vetytalous, joka vaatii pintamateriaalien huolellisia tutkimuksia ja analysointia. Myös akku- ja puolijohdeteollisuus voisivat olla hyvin kiinnostuneita”, sanoo tutkimustiimin vetäjä Janne Pakarinen VTT:ltä.
Lisäksi VTT käyttää uudenlaista pyyhkäisyelektronimikroskooppia materiaalivahinkojen selvittämisessä muun muassa kemian-, paperi- ja meriteollisuudessa. Näytteet voidaan skannata erittäin tarkasti, jolloin voidaan nähdä mahdolliset muodonmuutokset materiaaleissa.
”Saamme toimeksiantoja materiaalivikojen perimmäisen syyn selvittämiseksi. Erityisen tärkeää on tutkia materiaalien vaurioitumisen mekanismia, jotta vastaavat vauriot eivät toistu jatkossa”, Pakarinen sanoo.
Xenon tuo ratkaisevan edun verrattuna galliumpohjaisiin pyyhkäisyelektronimikroskooppeihin
VTT:n uusi laitteisto toimii xenon-plasman avulla siinä missä perinteisemmät järjestelmät ovat perustuneet galliumin käyttöön. Gallium-pohjaisten laitteiden suurin laajuus on sata nanoampeeria (nA), kun taas xenon-plasmaa käyttävä laite kuvaa ionivirtoja, joiden laajuus on useita mikroampeereja (µA). Tämä ero on ratkaiseva ja tarjoaa huomattavasti paremmat mahdollisuudet tutkimustyölle.
”Plasma-FIB-tekniikan käyttö on erittäin nopea ja mahdollistaa merkittävästi suurempien poikkileikkausten ja tilavuuksien tutkimisen verrattuna perinteiseen tarkasteluun. Tämä antaa kiistatta kattavamman ymmärryksen materiaalien ominaisuuksista, vauhdittaa näytteiden käsittelyä ja lisää mahdollisuuksia parantaa esimerkiksi materiaalien mallintamista, joka perustuu tai jota aina verrataan kokeelliseen dataan”, Supriya Nandy selittää.
Plasma-FIBin lisäksi uudessa pyyhkäisyelektronimikroskoopissa on huippuluokan ilmaisimia energiadispersiospektroskopiaa (EDS) ja elektronien takaisinsirontadiffraktiota (EBSD) varten sekä in situ -vetolujuusaste, joka voi saavuttaa jopa 1200° C lämpötilan.
Järjestelmä on otettu käyttöön maaliskuun puolivälissä.
