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. Kuva: VTT

– 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, VTT:n erikoistutkija Supriya Nandy kertoo.

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.

TESCAN AMBER X tarjoaa useille suomalaisille teollisuudenaloille uusia mahdollisuuksia 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, tutkimustiimin vetäjä Janne Pakarinen VTT:ltä sanoo.

Lisäksi VTT käyttää uudenlaista pyyhkäisyelektronimikroskooppia materiaalivahinkojen selvittämisessä muun muassa kemian-, paperi- ja meriteollisuudessa. Näytteet voidaan skannata erittäin tarkasti, jolloin voidaan nähdä mahdolliset muodonmuutokset materiaaleissa.

Staattinen FIB ja plasma-FIB vertailu. Kuva: VTT

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.