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Analisi dei materiali in microscala

Lo sviluppo di nuovi prodotti industriali dipende altamente dalle avanzate proprietà fisico-chimiche delle strutture dei materiali. Per questa ragione, numerose attività di ricerca e sviluppo convergono sullo studio e l'analisi dei materiali in microscala. Per superare le limitazioni imposte dalle attuali tecnologie, un consorzio europeo ha sviluppato un prototipo di un'innovativa sonda atomica a scansione (scanning atom probe). Si tratta di uno strumento tridimensionale di rilevamento della distribuzione atomica all'interno dei materiali e dei dispositivi a film sottile, utilizzabile in numerose applicazioni industriali.

Tecnologie industriali

La microscopia e l'analisi mediante microsonda a scansione rappresentano un'ampia gamma di tecnologie moderne estremamente potenti e ad alta risoluzione in grado di produrre immagini dei materiali e di effettuare misurazioni in microscala, fino all'ordine delle molecole e dei gruppi di atomi. Fra queste tecnologie, la 3DAP ("atom probe" o sonda atomica, tridimensionale) è la più diffusa per l'analisi delle leghe metalliche. Tuttavia, a causa delle notevoli difficoltà insite nella produzione di campioni in forma appropriata per ulteriori analisi, questo strumento comporta limiti d'applicazione nel campo dei materiali e delle superfici a film sottile. Nel tentativo di superare queste difficoltà, un consorzio di esperti nel settore della progettazione e fabbricazione di strumenti scientifici con applicazioni di tipo "end user" ha sviluppato una sonda atomica a scansione(SAP) dalle straordinarie caratteristiche. Basata sulla combinazione di speciali tecniche, questa sonda facilita la fabbricazione di campioni a film sottile sotto forma di micropunte utilizzabili per ulteriori analisi. Inoltre, il sistema consente di ottenere una caratterizzazione più precisa delle proprietà chimico-.fisiche dei materiali, su scala nanometrica, persino nell'ambito del micromondo, caratterizzato da incredibile instabilità. Oltre al sistema di realizzazione di campioni sotto forma di punte, questo strumento si avvale di un innovativo controelettrodo che consente non solo una maggiore risoluzione di massa, ma anche l'identificazione, fino ad oggi impossibile, dei singoli atomi, perfino in materiali con elementi ravvicinati nello spettro di massa. Inoltre, per ottimizzare la sensibilità del dispositivo viene utilizzato un nuovo rivelatore della posizione della linea di ritardo, grazie al quale - con l'ausilio di uno speciale hardware (acquisizione di dati e generatore di impulsi) - il sistema è in grado di osservare flussi veloci di dati, fino a 300 ioni al secondo. Il nuovo dispositivo SAP offre agli utilizzatori facilità d'impiego e il pieno controllo delle procedure di scansione e di posizionamento. Lo strumento è stato ampiamente testato per la realizzazione di studi preliminari sui film metallici multistrato, per la produzione di campioni al silicio, nonché per effettuare misurazioni della degradazione dei fosfori impiegati nella tecnologia di visualizzazione. Fattore ancor più importante, il nuovo dispositivo potrebbe diventare uno strumento di utilizzo comune per risolvere i problemi legati ad alcuni materiali. Visto il percorso di crescita della nanotecnologia in Europa, si prevede che tale dispositivo fornirà un prezioso contributo alla realizzazione di progressi nel campo dello sviluppo di materiali a nanostruttura.

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