Los primeros depósitos de las partículas de hierro se realizaron sobre Al2O3,
que a su vez también fue depositado por ablación láser. La rutina de preparación de las partículas se muestra en la siguiente figura:
Rejilla de Cu para TEM recubiertas con “formvar”
TEM
Depósito de Al O por ablación láser2 3
Depósito de Fe por ablación láser
Depósito de C por ablación láser Recocido
Figura 36: Diagrama de flujo de los depósitos de las partículas de hierro sobre Al2O3
depositada a su vez por ablación láser.
Los depósitos de Al2O3 por ablación láser son amorfos, pero después de un
recocido a 550ºC en una cámara de vacío, se obtuvo la forma policristalina (ver figura 37) de Al2O3. La temperatura fue medida con un termopar en las cercanías del
sustrato, lo que posiblemente implique que se tenga una temperatura mayor de recocido.
Figura 37: Fotografía de TEM de la Al2O3 después de un recocido a 550ºC en vacío.
72º
Figura 38: Imagen de alta resolución de TEM de una zona de la fotografía anterior. En la figura 38 se muestra una micrografía de alta resolución de TEM de los depósitos de Al2O3 después del recocido. En esta micrografía se tiene que las
distancias interplanares de 5.5 Å y 2.2 Å forman un ángulo de 72º. Estos datos son consistentes con la cristalografía de la fase δ de la Al2O3, que presenta los parámetros
anteriormente mencionados para la familia de planos (110) y (109).
Figura 39: Imagen de TEM de las partículas de Fe depositadas sobre Al2O3 a
temperatura ambiente.
Después de caracterizado los depósitos de Al2O3 se procedió al depósito de las
temperatura ambiente tanto de la Al2O3 como para el Fe. Los números de pulsos
fueron 200, 200 y 50 para el Al2O3, Fe y C respectivamente. El grosor de toda la
muestra todavía permite que sea observada en el TEM. En la figura 39 se exhiben las partículas de Fe que fueron depositadas de esta forma.
80 100 120
Al-L2,3
Intensidad (U.A.)
Pérdida de energía (eV)
540 570 600
O-K
Intensidad (U.A.)
Pérdida de energía (eV)
280 300 320 340 360 380 400 C-K
Intensidad (U.A.)
Pérdida de energía (eV)
700 750 800
Fe-L2,3
Intensidad (U.A.)
Pérdida de energía (eV)
Figura 40: Espectros de pérdida de energía para un depósito de C/Fe/Al2O3 realizado
por ablación láser.
Las partículas mostradas en la figura 39 tienen un tamaño promedio de 5.8 ± 1.8 nm. Estos resultados se obtienen del ajuste de una gaussiana a los datos de los tamaños de las partículas arreglados en un histograma, donde el centro de la
gaussiana se tomó como el tamaño promedio de la partícula (5.8 nm) y además éste presenta una cierta desviación estándar (1.8 nm). En esta figura también se observa que algunas de las partículas ya empezaron a coalecer.
Esta muestra fue caracterizada por PEELS en el microscopio electrónico de transmisión (ver figura 40 y 41). En la figura 40 tenemos los espectros de pérdidas de energía en una región de la muestra donde hay partículas, y observamos la presencia de las señales de aluminio, oxígeno, hierro y carbono. Las dos primeras señales son provenientes del Al2O3, la tercera señal es la proveniente de las partículas de hierro y
la última señal es la que proviene del depósito del carbono utilizado para evitar la oxidación de hierro (ver apéndice B).
En la figura 41 tenemos los espectros tomados en una región de la muestra donde teníamos pocas partículas y se tomó el espectro en el espacio dejado entre dos partículas. Los espectros muestran la presencia de la señal de aluminio y oxígeno proveniente del Al2O3 y la señal de carbono proveniente del depósito de carbono. En
esta figura observamos la ausencia de la señal de hierro.
Comparando los resultados de la figura 40 y 41, observamos que las partículas son las que tienen la información del hierro. Como se discutirá en el apéndice B, el hierro depositado en el sistema se encuentra en su estado metálico y es puro, es decir, que no se encuentra formando algún tipo de aleación.
70 80 90 100 110 120 Al-L2,3
Intensidad (U.A.)
Pérdida de energía (eV)
280 300 320 340 360 380 400 C-K
Intensidad (U.A.)
Pérdida de energía (eV)
550 600 650 700 O-K
Intensidad (U.A.)
Pérdida de energía (eV)
680 700 720
No hay señal de Fe
Intensidad (U.A)
Pérdida de energía (eV)
Figura 41: Espectros de pérdida de energía tomados en el espacio dejado por dos partículas cristalinas de C/Fe/Al2O3 producida por ablación láser.
El paso siguiente fue depositar las partículas a una temperatura de sustrato diferente a la temperatura ambiente y se tuvo el inconveniente de que el “formvar” empieza a desgasificar en la cámara de vacío y por tanto no se pudieron realizar depósitos de esta forma. Debido a la anterior, se procedió a cambiar la metodología del depósito de Al2O3 sobre la rejilla de TEM.
La nueva rutina de preparación de las partículas de hierro se muestra en el diagrama de flujo de la figura 42.
Depósito de carbono sobre mica (forma circular de 3 mm de diámetro)
TEM
Depósito de Al O con el cañón de electrones sobre C/mica
2 3
Desprendimientos de los depósitos anteriores de la mica y suspender los depósitos sobre rejillas de Cu para TEM
Depósito de Fe por ablación láser sobre el Al O /C2 3
Depósito de C por ablación láser sobre el Fe/Al O2 3
Figura 42: Diagrama de flujo de la rutina de preparación de las partículas de hierro sin utilizar el “formvar”.
En esta ocasión se utilizaron 25 pulsos de hierro para así evitar la coalescencia de las partículas. Una imagen de estas partículas se observa en la figura 33.
Figura 43: Micrografía de TEM de la partículas de Fe depositadas por ablación láser sin utilizar el “formvar”.
El tamaño promedio de las partículas de la figura 43 es de 6.5 ± 0.92 nm y la densidad de partículas es de 1880 partículas/µm2. El inconveniente de esta rutina de preparación fue que al despegar el carbono de la mica se quedaban algunas partículas de mica adheridas a la película de carbono y generaban confusión durante el análisis estadístico de las partículas de hierro.
El paso siguiente fue depositar las partículas sobre un sustrato cristalino de Al2O3, como lo es el zafiro. Para los depósitos se utilizó zafiro (0001), el cual fue
preparado para TEM mediante los pasos descritos en el capitulo anterior. Con este tipo de sustrato no se tuvieron inconvenientes para realizar la producción y caracterización de las partículas.
III.3 Estudio de microscopía electrónica de transmisión de partículas