SimulaceDetekční systémy a instrumentace pro ESEMKonference ICEM 2025 je tematicky zaměřená konference spojená s workshopy. Koná se v Brně, světovém centru elektronové mikroskopie.
Představení vědecké skupiny Environmentální elektronová mikroskopie (EEM)
Jsme průkopníci ESEM (environmental scanning electron microscopy) v ČR a zakladatelé A-ESEM (advanced environmental scanning electron microscopy) na světě. Jsme multioborová skupina inženýrů, fyziků a chemiků, zaměřená na základní výzkum a aplikovaný vývoj v oblasti speciální instrumentace, detektorů elektronů a metod v oboru elektronová mikroskopie – především ESEM/A-ESEM.
Skupina se zabývá problematikou environmentální rastrovací elektronové mikroskopie a detekce signálních elektronů a pokračuje tak ve více než dvacetileté tradici založené profesorem Rudolfem Autratou.
Poslání a vize
Být světovým lídrem v nízkodávkové environmentální rastrovací elektronové mikroskopii se zaměřením na statické i dynamické in-situ zobrazování slabě emitujících vzorků v podmínkách velmi nízkých proudů elektronového svazku. Být mezi světovou špičkou v oblasti zobrazování elektricky nevodivých až vlhkých vzorků v nativním stavu, často citlivých na radiační poškození svazkem. Vytvářet nové metody, přístrojové vybavení a aplikace pro další zkoumání nanosvěta.
Pokročilá Environmentální rastrovací elektronová mikroskopie (A-ESEM) za hranicí možností komerčních přístrojů.
A-ESEM
Pokročilá Environmentální rastrovací elektronová mikroskopie
Pokročilá Environmentální rastrovací elektronová mikroskopie (ang. A-ESEM) je nová elektronově-mikroskopická metoda představená naší skupinou v roce 2022. V podmínkách vysokých rychlostí rastrování, nízkých energií a ultra-nízkých proudů primárního elektronového svazku umožňuje materiálovou i topografickou charakterizaci elektricky nevodivých a částečně vlhkých vzorků bez pokovení, mražení a chemických úprav s vysokým rozlišením.
Vysoce vlhké až kapalné vzorky, vzorky v nativním stavu nebo živé vzorky je možné pomocí námi vyvinutých metod fyzikálně-chemicky charakterizovat. A-ESEM je vhodná pro korelativní zobrazování, například v kombinaci se super-rozlišovací fluorescenční světelnou mikroskopií.
Výhodou A-ESEM je možnost statického i dynamického in-situ/in-vivo zobrazování v environmentálně relevantních podmínkách. Díky možnosti práce ve vakuu až relativně vysokém tlaku různých plynů má A-ESEM největší aplikační potenciál z elektronově mikroskopických metod.
Možnosti A-ESEM:
Typy pracovních podmínek:
Tlak plynů od 10-4 Pa do 3 kPa
Energie el. svazku od 1 keV do 30 keV
Proud el. svazku od 0,1 pA do 1 μA
Různé druhy plynů
- H2O, N2, Ar,......
- směsi plynů
- přesně definovaná relativní vlhkost
Teplota vzorku
- od - 60 °C do + 1200 °C
- od - 190 °C do 0 °C
Typy in-situ experimentů:
Mikro/nanomanipulace
- Tensile test - Force senzor
Aplikace chemických látek na vzorek
- Gas injection, liquid injection
Diagnostika elektrických vlastností vzorků
- EBIC, RCI, EBAC...
Řízené změny relativní vlhkosti
- Hydratace, sušení, mrznutí, tání, sublimace
Změny skupenství/fáze
- odpar, kondenzace, krystalizace, tuhnutí, tání, (de)sublimace, lyofilizace
VÝZKUM
OBLASTI VÝZKUMU
Studujeme vznik signálních elektronů – simulace interakcí primárních a signálních elektronů s plynem, kapalinou i pevnou látkou.
Simulacemi a přesným měřením termodynamických parametrů v komoře vzorku ESEM/A-ESEM zkoumáme a studujeme proudění plynu pro výzkum a vývoj nových zařízení pro kvalitnější a přesnější monitoring a řízení pracovních podmínek v mikroskopu.
Vyvíjíme nové, vysoce citlivé detektory pracující na principu elektronových lavin, scintilačně-fotonásobičové detektory a pokročilou instrumentaci pro ESEM/A-ESEM.
Vyvíjíme speciální metody pro studium elektricky nevodivých, často vlhkých biologických nebo polymerních vzorků v nativním stavu, citlivých na radiační poškození a dehydrataci, pozorovaných v environmentálně kompatibilních podmínkách extrémně nízkých energií a proudů primárního svazku.
Spolupracujeme s řadou akademických partnerů a firem na charakterizaci obtížně zobrazitelných vzorků, pozorovaných převážně v dynamicky se měnících podmínkách – chemické reakce, změny morfologie vzorků vlivem fyzikálních či chemických podnětů a procesů.
Simulace
Cílíme na software, který dokáže kompletně předpovědět výsledek experimentu. To zahrnuje následující oblasti:
Trasování elektronů od jejich vstupu do komory vzorku až po detekci.
Ionizační detektory jsou výjimečné tím, že k zesílení signálu dochází ještě před samotnou detekcí, a to skrze elektronové laviny v komoře mikroskopu. Pochopení a schopnost předpovídat jejich chování jsou tak klíčem k návrhům nových a vylepšování stávajících detektorů.
TÝM
VYBAVENÍ
HR ESEM QUANTA 650 FEG:
Výrazně modifikovaný vysokorozlišovací mikroskop firmy Thermo Fisher Scientific (dříve FEI). Dovybavený o speciální systémy vyvinuté skupinou EEM
Specifikace:
| pracovní tlak | rozlišení | |
| režim SEM | <6,10-4 Pa |
1,2 nm at 30 kV (SED) |
| režim Low Vacuum | 10 to 130 Pa |
1,4 nm at 30 kV (SED) |
| režim ESEM | 10 to 4000 Pa | 1,4 nm at 30 kV (SED) |
SW vybavení:
Maps + korelativní work flow
Scandium
Digital Surf – Mountains SEM® Expert
AutoScript
Analýza:
EDS Bruker Quantax 400 XFlash 6/100 s téměř všemi SW moduly, sady standardů, vlastní knihovny a kalibrace pro A-ESEM
AQUASEM II
Experimentální nekomerční zařízení. Vytvořeno na bázi SEM Vega (TESCAN ORSAY HOLDING, a.s.) a přestavěno v rámci disertační práce doc. Neděly
Specifikace:
Wolframová přímo žhavená katoda
Urychlovací napětí 500 V až 30 kV
Proud ve stopě 1 pA až 2 µA
| pracovní tlak | rozlišení | |
| režim SEM | <3,10-3 Pa | 3,5 nm 30 kV (SED) |
| režim ESEM | 100 až 3000 Pa | 10 nm 30kV (BSE) |
Vybavení mikroskopu:
Detektory TESCAN: Scintilační ET SE
Detektory ESEM :
Scintilační BSE – pravý a levý detektor s možností sčítání a odčítání signálu
Scintilačně – ionizační detektory více typů
ISEDS – ionizační detektor s elektrostatickým separátorem
NOSNÉ TECHNOLOGIE
STEM/E-STEM
Zobrazování tenkých vzorků v sub-nanometrovém rozlišení
Studium nanočástic v kapalinách při nano- až mikro-metrovém rozlišení
EDS/X
Energiově disperzní mikroanalýza včetně mappingu při tlacích od 10-3 do 1 000 Pa
3D in-situ topografie
Prostorové zobrazení v reálném čase včetně metrologie povrchu vzorků
Speciální detekční systémy
Námi vyvinuté detektory signálních elektronů pro hraniční specifické aplikace
Multimodální korelativní mikroskopie
Korelace se super-rozlišovací fluorescenční mikroskopií, AFM, NMR a dalšími mikroskopickými metodami
Kryokomora
Fyzikálně-chemický výzkum amorfního ledu a zmrzlých roztoků
Chlazený držák vzorku
Nekomerční držák s vysokou účinností a homogenitou chlazení s integrovanými senzory termodynamických parametrů
Hydratační systémy
Sofistikované SW řízené systémy pro lokální i globální hydrataci komory vzorku A-ESEM
Podpůrné technologie a metody
- HW i SW podpora pro částicovou analýzu a metrologii
- Simulace proudění plynů
- Simulace přestupů tepla
- Trasovaní elektronů v plynu i pevné látce
- Simulace elektrostatických polí
- 3D tisk
- Konfokální mikroskopie
- Fluorescenční mikroskopie
- Mikrobiologická laboratoř
- Elektrochemie
- 3D modelování
- Návrh a výroba elektroniky
- Umělá inteligence pro postprocesingové zpracování dat
- Algoritmy pro odšumění obrazu
- Automatizace řízení mikroskopu
- Vývoj SW
SEZNAM PARTNERŮ
Akademičtí partneři
University of Cambridge (Cambridge, GB)
Univerzita Karlova (Praha, CZ)
University of Kyoto (Kyoto, JP)
Masarykova univerzita (Brno, CZ
University of Nagoya (Nagoya, JP)
Ústav makromolekulární chemie, AV ČR (Praha, CZ)
Wroclaw University of Science and Technology (Wroclaw, PL)
Biofyzikální ústav AV ČR (Brno, CZ)
University of technology Sydney (Sydney, AUS)
IKEM, (Praha, CZ)
Technical University of Munich (Munich, DE)
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze (Praha, CZ)
British Antarctic Survey (Cambridge, GB)
Vysoké učení technické v Brně (Brno, CZ)
University of Innsbruck (Innsbruck, AT)
Mendelova univerzita v Brně (Brno, CZ)
Aristotele University of Thessaloniky (Thessaloniki, GR)
Ústav experimentální botaniky AV ČR (Praha, CZ)
Spolupráce s firmami
Hitachi High Technologies (Tokyo, JP)
Jeol (Tokyo, JP)
Thermo Fisher Scientific Brno s.r.o. (Brno, CZ)
Tecpa s.r.o. (Brno, CZ)
AutraDet (Brno, CZ)
BVT Technologies, a.s. (Brno, CZ)
Contipro a.s. (Dolní Dobrouč, CZ)
Preciosa a.s. (Jablonec nad Nisou, CZ)
Bosch spol. s.r.o. (České Budějovice, CZ)
NUM solution s.r.o. (Praha, CZ)
Synpo a.s. (Pardubice, CZ)
Agra Group a.s. (Střelské Hoštice, CZ)
Kleindiek Nanotechnik GmbH (Kusterdingen, DE)
point electronic (Halle, DE)
DENSO Manufacturing Czech s.r.o (Liberec, CZ)
a řada dalších
KONTAKTY
Skupina environmentální elektronové mikroskopie (EEM)
Oddělení elektronové mikroskopie
Ústav přístrojové techniky Akademie věd České republiky, v. v. i.
Královopolská 147
612 64 Brno
Česká republika
info@aesemgroup.eu
business@aesemgroup.eu
support@aesemgroup.eu
IČ: 68081731
DIČ: CZ68081731
