Un examen approfondi de la différence entre la microscopie électronique à transmission (TEM) et la microscopie électronique à balayage (SEM)

2023-06-30

La microscopie électronique à transmission (TEM) et la microscopie électronique à balayage (SEM) sont des outils indispensables à la recherche scientifique moderne. Dotés d'une résolution supérieure à celle des microscopes optiques, les microscopes électroniques observent et étudient la microstructure des échantillons avec une résolution et un grossissement élevés en utilisant les signaux générés par l'interaction des faisceaux d'électrons avec la matière. Ils permettent aux chercheurs d'obtenir des informations critiques difficiles à obtenir par d'autres méthodes.

La microscopie électronique à transmission et la microscopie électronique à balayage jouent un rôle important dans de nombreux domaines tels que la science des matériaux, la biologie et les nanotechnologies. Cet article compare les principes de fonctionnement, les méthodes d'imagerie et les domaines d'application des microscopes électroniques à transmission et à balayage afin d'aider les lecteurs à choisir l'équipement le mieux adapté à leur domaine de recherche.

Qu'est-ce qu'un microscope électronique à transmission ?

Un microscope électronique à transmission (MET) est un microscope à haute résolution qui utilise la nature transmissive d'un faisceau d'électrons pour observer la structure interne et les détails d'un échantillon. Contrairement aux microscopes optiques, les MET utilisent un faisceau d'électrons plutôt qu'un faisceau lumineux, car les électrons ont des longueurs d'onde plus courtes et peuvent surmonter les limites de diffraction des faisceaux lumineux, offrant ainsi une plus grande résolution.

Comment fonctionne un microscope électronique à transmission ?

La microscopie électronique à transmission (MET) est basée sur la dualité onde-particule des électrons. Dans un MET, les électrons sont générés par un canon à électrons et focalisés à travers une série de systèmes de lentilles. L'échantillon est placé dans une chambre à échantillon du MET et le faisceau d'électrons passe à travers l'échantillon et dans la chambre de projection. Dans la chambre de projection, le faisceau d'électrons interagit avec l'échantillon, certains électrons étant diffusés par l'échantillon et d'autres le traversant. La microscopie électronique à transmission (MET) a généralement une capacité de résolution plus élevée que la microscopie électronique à balayage (MEB). En effet, le MET utilise des électrons transmis pour former une image, et les électrons ont une longueur d'onde plus courte, ce qui permet au MET d'observer des détails plus petits et de produire des images de l'échantillon avec une résolution plus élevée.

La force de la microscopie électronique à transmission réside dans sa haute résolution et sa capacité à observer les structures internes. Elle offre une résolution au niveau atomique, ce qui permet aux scientifiques d'étudier des détails tels que la structure cristalline des matériaux, les arrangements atomiques et les défauts du réseau. La microscopie électronique à transmission est utilisée dans un large éventail d'applications en science des matériaux, en nanotechnologie, en biologie et en chimie.

Qu'est-ce que la microscopie électronique à balayage ?

Un microscope électronique à balayage (MEB) est un microscope à haute résolution qui observe et analyse la topographie et la composition de la surface d'un échantillon en utilisant l'interaction d'un faisceau d'électrons avec l'échantillon. Contrairement aux microscopes optiques conventionnels, le MEB utilise un faisceau d'électrons au lieu d'un faisceau lumineux et utilise des signaux de diffusion et de détection pour générer des images.

Comment fonctionne un SEM ?

Le principe de fonctionnement du MEB repose sur l'interaction des électrons avec l'échantillon. Le faisceau d'électrons est généré par un canon à électrons et est soumis à une série de systèmes de focalisation et de balayage pour le contrôle du diamètre du faisceau et le balayage de l'échantillon. Lorsque le faisceau d'électrons frappe la surface de l'échantillon, les électrons qui interagissent avec l'échantillon produisent une variété de signaux, notamment des électrons secondaires, des électrons réfléchis, des électrons diffusés et des rayons X.

Ces signaux sont capturés par le détecteur et convertis en une image visuelle par un système de traitement d'images. Le MEB crée progressivement une image de l'échantillon entier en balayant la surface de l'échantillon et en acquérant des signaux à chaque endroit. L'image présente une haute résolution et des détails topologiques de surface et peut être utilisée pour analyser des caractéristiques telles que la morphologie de l'échantillon, la texture, la distribution des particules et la structure du tissu.

Microscopie électronique à transmission et microscopie électronique à balayage

	Microscope électronique à balayage (SEM)	Microscopie électronique à transmission (TEM)
Type électronique	Electrons scannés diffusés	Electrons de transmission
Formation d'images	Les électrons sont capturés et comptés par le détecteur Affichage sur l'écran de l'ordinateur	Imagerie directement sur un écran fluorescent ou sur l'écran d'un ordinateur PC à l'aide d'un dispositif à couplage de charge (CCD)
Informations sur l'image	Images de surfaces en 3D	Image projetée de la structure interne en deux dimensions
Multiplicateur maximal	Environ 1 à 2 millions de fois	Plus de 50 millions de fois
Résolution spatiale optimale	environ 0,5 nm	Moins de 50 heures
Champ de vision maximal	Grandes dimensions	Limitée
Epaisseur de l'échantillon	Non affecté	Typiquement <150 nm
Haute pression	1 - 30 kV	60 - 300 kV
Difficulté de fonctionnement	Facile à utiliser, peu ou pas de préparation d'échantillon nécessaire	Pas facile à utiliser, nécessite une préparation de l'échantillon et une formation avant l'utilisation
Coûts	Moins cher	Plus cher
Vitesse	Rapide	lent

Quel microscope électronique vous convient le mieux ?

Lorsque vous choisissez la technique de microscopie électronique qui vous convient, vous devez tenir compte de différents facteurs pour déterminer le choix le plus approprié. Voici quelques-uns des éléments qui peuvent vous aider à prendre une décision :

Objectif de l'analyse

La première étape consiste à déterminer l'objectif de l'analyse. Différentes techniques de microscopie électronique conviennent à différents types d'analyse. Si vous vous intéressez aux caractéristiques de la surface d'un échantillon, comme la rugosité ou la détection de la contamination, la microscopie électronique à balayage (MEB) peut vous convenir davantage. En revanche, si vous souhaitez comprendre la structure cristalline d'un échantillon, détecter des défauts structurels ou des impuretés, la microscopie électronique à transmission (MET) peut être plus appropriée.

Type d'image

Le MEB fournit une image tridimensionnelle détaillée de la surface de l'échantillon, tandis que le MET fournit une image projetée bidimensionnelle de la structure interne de l'échantillon. Vous devrez tenir compte de vos besoins d'information sur l'échantillon et de votre capacité à interpréter l'image. Si vous êtes plus à l'aise pour interpréter des images en 3D, le MEB vous conviendra peut-être mieux. Toutefois, il convient de noter que la projection bidimensionnelle d'un MET peut être un peu difficile à interpréter.

Type d'échantillon

Le MEB et le MET sont adaptés aux différents types d'échantillons. Le MEB convient aux échantillons solides, liquides et biologiques, tandis que le MET est principalement utilisé pour les échantillons solides et peut également être utilisé pour observer des échantillons liquides en encapsulant l'échantillon dans une fenêtre de film de nitrure de silicium. Pour les échantillons non conducteurs, un traitement supplémentaire (par exemple, un revêtement métallique) peut être nécessaire pour améliorer la conductivité en vue de l'observation au MEB. En outre, les échantillons biologiques nécessitent des traitements spéciaux de durcissement et de sectionnement dans le MET.

Préparation de l'échantillon

Une autre considération importante est la complexité de la préparation de l'échantillon ; les échantillons SEM ne nécessitent généralement que peu ou pas de préparation, et les SEM sont plus flexibles en termes de taille d'échantillon et peuvent être montés directement sur la platine de l'échantillon pour l'imagerie. En revanche, les échantillons TEM sont beaucoup plus complexes à préparer et doivent être manipulés par des utilisateurs expérimentés et formés. L'échantillon doit être très fin, inférieur à 150 nm ou même à 30 nm, et aussi plat que possible, sans introduire d'artefacts ou de variations indésirables au cours du processus de préparation. Cela signifie que la préparation d'un échantillon TEM peut prendre plus de temps et de compétences.

Exigences en matière de résolution

En fonction de vos besoins analytiques, vous pouvez avoir des exigences spécifiques concernant la résolution de vos images. À cet égard, la capacité de résolution du MET est généralement supérieure à celle du MEB. Si vous avez besoin d'une imagerie à haute résolution, en particulier pour l'observation de structures fines, le MET peut être plus approprié.

En résumé, le choix de la bonne technique de microscopie électronique dépend de l'objectif de votre analyse, de votre préférence pour le type d'image, de la complexité de la préparation de votre échantillon et de la résolution requise. Comprendre ces facteurs et les adapter à vos besoins spécifiques vous aidera à faire un choix éclairé et à obtenir des images microscopiques précises et détaillées pour soutenir votre recherche.

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