RISE-Raman-SEM: Sự kết hợp hoàn hảo giữa cấu trúc siêu vi và bản chất phân tử

Sự tiến bộ vượt bậc của khoa học vật liệu và công nghệ nano trong thập kỷ qua đã đặt ra những thách thức chưa từng có đối với các kỹ thuật phân tích vi mô. Các nhà nghiên cứu không còn hài lòng với việc chỉ quan sát hình thái bề mặt đơn thuần; họ yêu cầu sự hiểu biết thấu đáo về mối liên hệ giữa cấu trúc nano, thành phần hóa học phân tử và các tính chất cơ lý tại cùng một vị trí trên mẫu vật. Trong bối cảnh đó, hệ thống RISE (Raman Imaging and Scanning Electron Microscopy) của TESCAN, được phát triển thông qua sự hợp tác chiến lược với WITec, đã nổi lên như một giải pháp mang tính cách mạng, thiết lập một tiêu chuẩn mới cho hiển vi tương quan.

RISE là gì?

RISE là một hệ thống kính hiển vi tương quan (correlative microscopy) tích hợp đầy đủ các tính năng của một máy SEM độc lập và một kính hiển vi Raman WITec360 cấp nghiên cứu của Oxford Instruments. Tên gọi RISE đại diện cho sự hội tụ giữa Raman Imaging (Hình ảnh Raman) và Scanning Electron (Điện tử quét).

Sự hội tụ của hai thế giới: SEM và Raman đồng tiêu

Hệ thống RISE đại diện cho sự kết hợp không thỏa hiệp giữa hai kỹ thuật phân tích mạnh mẽ nhất hiện nay: Kính hiển vi điện tử quét (SEM) và Kính hiển vi Raman đồng tiêu. Trong lịch sử, các nhà khoa học thường phải phân tích mẫu trên hai hệ thống riêng biệt, dẫn đến những khó khăn lớn trong việc tìm lại cùng một vùng quan tâm (ROI), rủi ro nhiễm bẩn mẫu khi di chuyển ngoài môi trường chân không, và sự sai lệch về tọa độ phân tích. RISE giải quyết triệt để những vấn đề này bằng cách tích hợp hoàn toàn cả hai khả năng vào một hệ thống duy nhất, vận hành trong cùng một buồng chân không.

Sự kết hợp này cho phép các nhà khoa học tận dụng độ phân giải siêu cấu trúc của SEM để xác định các đặc điểm hình thái nhỏ nhất, sau đó ngay lập tức thu thập "dấu vân tay" hóa học từ cùng một vị trí thông qua phổ Raman. Điều này cực kỳ quan trọng đối với các vật liệu như carbon nanostructure, nơi mà hình thái bề mặt nhìn thấy qua SEM có thể giống hệt nhau nhưng bản chất hóa học (như than chì so với carbon vô định hình) lại hoàn toàn khác biệt.

Ứng dụng thực tiễn đa dạng

Hệ thống RISE-Raman-SEM đã chứng minh hiệu quả trong nhiều lĩnh vực then chốt:

Nguyên lý hoạt động và sự tiện lợi vượt trội

Tại sao cần kết hợp Raman với SEM và EDS?

Kiến trúc hệ thống và các thành phần phần cứng tối ưu

Hệ thống RISE không đơn thuần là một phụ kiện gắn thêm vào SEM; nó là một thực thể tích hợp sâu sắc. WITec cung cấp máy quang phổ Raman UHTS (Ultra-High Throughput Spectrometer) với thiết kế dựa trên thấu kính, mang lại hiệu suất quang học vượt trội so với các thiết kế dựa trên gương truyền thống.

1. Hệ thống quang học Raman: Thấu kính chuyên dụng được lắp đặt bên trong buồng chân không SEM. Thấu kính này có thể thu lại để tránh va chạm khi bệ mẫu di chuyển hoặc khi vận hành các đầu dò SEM khác.

2. Tốc độ thu nhận phổ: Tùy chọn Ultrafast Raman Imaging cho phép ghi lại một phổ đầy đủ trong thời gian chưa đầy 1 ms (xuống tới 0,76 ms), cho phép tạo ra các bản đồ hóa học lớn với hàng chục nghìn pixel chỉ trong vài phút.

3. Hệ thống laser đa bước sóng: Người dùng có thể lựa chọn các bước sóng laser khác nhau (ví dụ: 532 nm, 633 nm, 785 nm) để tối ưu hóa tín hiệu Raman và giảm thiểu hiện tượng huỳnh quang tùy thuộc vào loại mẫu.

4. Thiết kế cột điện tử TESCAN: Sử dụng công nghệ Wide Field Optics™ và thấu kính trung gian (IML) độc quyền, giúp mở rộng trường nhìn và tối ưu hóa việc điều hướng mẫu ở độ phóng đại cực thấp, hỗ trợ tìm kiếm vùng quan tâm nhanh chóng.

Hệ sinh thái phần mềm: Trí tuệ đằng sau dữ liệu

Sức mạnh của RISE được hiện thực hóa thông qua sự kết hợp giữa phần mềm điều khiển kính hiển vi TESCAN Essence™ và bộ phần mềm phân tích phổ WITec Suite SEVEN.

TESCAN Essence™: Giao diện trực quan và an toàn

Phần mềm Essence™ không chỉ điều khiển các thông số chùm tia mà còn tích hợp các module bảo vệ phần cứng tiên tiến. Mô hình va chạm 3D (3D Collision Model) hoạt động trong thời gian thực, giám sát mọi chuyển động của bệ mẫu và các đầu dò bên trong buồng mẫu để ngăn ngừa mọi hư hại vật lý. Ngoài ra, tính năng In-Flight Beam Tracing™ cho phép người dùng thay đổi dòng chùm tia và kích thước điểm quét một cách liên tục mà không làm mất tiêu cự, đảm bảo hiệu quả làm việc cao nhất.

WITec Suite SEVEN và TrueOrigin

Suite SEVEN là một môi trường phân tích dữ liệu khổng lồ. Điểm nổi bật nhất đối với hiển vi tương quan là tính năng TrueOrigin. Đây là một hệ thống tọa độ di động cho phép ánh xạ mẫu dựa trên các đặc điểm nội tại của chính mẫu vật hoặc giá giữ mẫu. Nhờ đó, dữ liệu từ SEM, Raman, và thậm chí là các nguồn hình ảnh bên ngoài (như kính hiển vi quang học đứng độc lập) có thể được chồng lớp một cách chính xác tuyệt đối.

Kết luận

 Hệ thống RISE (thường được tích hợp trên các dòng máy SEM của Tescan với sự hợp tác từ Oxford Instruments) mang lại một chiều không gian mới cho việc phân tích mẫu. Bằng cách kết hợp hình ảnh cấu trúc siêu vi với bản chất phân tử trong một quy trình tự động hóa cao, RISE giúp các nhà nghiên cứu đạt được những hiểu biết sâu sắc hơn, nhanh chóng hơn về mẫu vật của mình.

Video / Webinar liên quan

• Webinar: -
• Video: - 
• Bài Techblog liên quan: - RISE – Giải pháp tương quan Raman–SEM trong phân tích cấu trúc và thành phần hóa học

Liên hệ & Hỗ trợ