Estudio STEM-EELS de daño por haz en polímeros y materia orgánica extraterrestre utilizando detectores de electrones...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales
• Geociencias
• Astroquímica

Sus antecedentes:

• La caracterización de alta resolución de compuestos orgánicos es vital para la ciencia de materiales y las geociencias, particularmente para orgánicos a nanoescala en matrices complejas como meteoritos carbonosos.
• La sensibilidad del haz de electrones en la Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) ha limitado históricamente el estudio de estos materiales orgánicos frágiles.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y optimizar estrategias analíticas utilizando detectores de electrones directos para Microscopía Electrónica de Barrido y Transmisión con Espectroscopía de Pérdida de Energía de Electrones (STEM-EELS) para minimizar el daño por haz.
• Identificar el equilibrio óptimo entre lograr una alta resolución espacial y preservar la integridad de los compuestos orgánicos durante el análisis STEM-EELS.

Principales métodos:

• Se realizó un estudio paramétrico de STEM-EELS en polímeros de referencia (PEEK y PES) para evaluar el daño por radiación.
• Se adquirieron espectros de baja pérdida y del borde K del carbono utilizando un protocolo de múltiples fotogramas con tiempos de permanencia bajos habilitados por detectores de electrones directos.
• Los experimentos variaron el voltaje de aceleración (80 vs. 200 keV), la temperatura de la muestra (-100 °C) y el tamaño del píxel (1.5-30 nm).

Principales resultados:

• El polietensulfona (PES) exhibió una mayor sensibilidad al daño por haz de electrones que la polieteretercetona (PEEK), identificándose la radiólisis y la recombinación como mecanismos primarios de daño.
• Se observaron tasas de daño más bajas a 200 keV en comparación con 80 keV.
• Si bien el enfriamiento redujo la pérdida de masa, podría inducir grupos funcionales indeseables. El tamaño del píxel impactó significativamente el daño, con tamaños de píxel más pequeños (por ejemplo, 1 nm para PEEK, 30 nm para PES) que conducían a la desnaturalización, lo que sugiere un efecto de deslocalización del daño.
• La materia orgánica del meteorito Orgueil mostró una mejor resistencia a 200 keV, pero los grupos alifáticos se vieron afectados a un tamaño de píxel de 15 nm.

Conclusiones:

• Los detectores de electrones directos permiten nuevas estrategias analíticas para STEM-EELS de alta resolución de materiales orgánicos sensibles a los haces.
• Los parámetros óptimos, incluido 200 keV, el tamaño de píxel controlado y los tiempos de permanencia bajos, son cruciales para minimizar el daño.
• Los hallazgos respaldan la investigación de materia orgánica extraterrestre de muestras como las de los asteroides Ryugu y Bennu, con un buen acuerdo espectral encontrado con XANES-STXM basado en sincrotrón.