No microscópio eletrônico de varredura (MEV), o feixe de elétrons interage com a amostra, produzindo diferentes sinais que podem ser usados para obtenção de informações topográficas e composicionais. Explique como o volume de interação depende da energia do feixe e do número atômico da amostra, e relacione quais sinais são mais adequados para a análise da morfologia e da composição química, mencionando como ocorre a geração dos raios-X característicos utilizados em EDS.
Passo 1
O enunciado nos pede para explicar como o volume de interação em MEV varia com a energia do feixe
e com o número atômico médio da amostra
, e relacionar quais sinais são melhores para obter informações de morfologia e de composição química. Também precisamos descrever como se formam os raios-X característicos usados em EDS.
Passo 2
O volume de interação é a região da amostra onde os elétrons primários penetram e sofrem espalhamentos elástico e inelástico. Uma estimativa empírica do alcance médio
é dada pela relação de Kanaya–Okayama:
onde
é a densidade da amostra. Dessa expressão conclui-se que ao aumentar
o volume de interação cresce, pois os elétrons penetram mais fundo; já ao aumentar
, o volume diminui, porque átomos pesados espalham os elétrons primários mais fortemente e reduzem a penetração.
Passo 3
Para análise de morfologia, o sinal mais adequado é o de elétrons secundários (SE). Esses elétrons têm energia muito baixa (
eV) e escapam de uma camada superficial de poucos nanômetros, dando alto contraste topográfico. Para análise de composição química, usamos principalmente:
– elétrons retroespalhados (BSE), cujo rendimento cresce com e fornece contraste de número atômico (Z-contrast);
– raios-X característicos, que permitem identificação elementar via espectroscopia EDS.
– elétrons retroespalhados (BSE), cujo rendimento cresce com
– raios-X característicos, que permitem identificação elementar via espectroscopia EDS.
Passo 4
Os raios-X característicos surgem quando um elétron primário remove um elétron de uma camada interna (por exemplo K ou L), criando uma vacância. Um elétron de uma camada mais externa então transita para preencher essa vacância, liberando um fóton com energia igual à diferença dos níveis de ligação. Essa energia é típica de cada elemento e, ao ser detectada pelo sistema EDS, possibilita determinar qualitativamente e quantitativamente os elementos presentes na amostra.
Resposta
O volume de interação aumenta com a energia do feixe
e diminui com o número atômico médio da amostra
. Para morfologia usa-se elétrons secundários (SE); para composição química, elétrons retroespalhados (BSE) e raios-X característicos (EDS). Os raios-X são gerados pela ionização de camadas internas e pela emissão de fótons nas transições de elétrons de níveis superiores.