Quel microscope peut-on utiliser pour étudier les surfaces métalliques sous un microscope ? (2023)

Pour étudier les surfaces métalliques sous un microscope, le microscope à effet tunnel est le meilleur choix. Ce microscope utilise une aiguille pour balayer la surface du métal et créer une image. L'aiguille est fixée à un levier monté sur un cristal piézoélectrique. Le cristal fait vibrer le levier, et l'aiguille se déplace sur la surface du matériau. L'image est ensuite agrandie pour permettre d'observer les détails de la surface. La résolution de ce microscope est très élevée, ce qui permet de voir même les détails les plus minimes de la surface métallique [[SOURCE 1]].

Les 4 principales techniques utilisées pour observer les métaux sous un microscope

De nos jours, les scientifiques utilisent différentes techniques pour étudier les surfaces métalliques sous un microscope. Chaque méthode présente ses avantages et ses inconvénients. Voici les quatre techniques les plus populaires :

1. Spectroscopie de photoélectrons à rayons X (XPS) : Cette technique utilise des rayons X pour étudier la surface d'un métal. Les rayons X bombardent la surface du métal, ce qui excite les électrons présents dans le métal. Lorsque ces électrons reviennent à leurs niveaux d'énergie d'origine, ils émettent des photons. Une machine XPS peut détecter ces photons et créer une carte de la surface du métal. La spectroscopie de photoélectrons à rayons X est très sensible à la composition chimique de la surface, mais elle ne peut être utilisée que sur des échantillons minces [[SOURCE 1]].

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2. Microscopie électronique à balayage (MEB) : Un microscope électronique à balayage utilise des électrons pour créer une image de la surface d'un métal. Lorsqu'un métal est placé dans un MEB, il est bombardé par un faisceau d'électrons. Ces électrons interagissent avec les atomes à la surface du métal, ce qui les amène à émettre des photons. Les photons étant une forme de lumière, en détectant ces photons, une image de la surface du métal peut être créée. Le MEB est une technique très polyvalente utilisée pour étudier une large gamme de surfaces métalliques. De plus, il est relativement facile à utiliser, ce qui en fait un choix populaire pour les scientifiques [[SOURCE 1]].

3. Microscopie à force atomique (AFM) : La microscopie à force atomique est une technique populaire pour l'étude des surfaces métalliques. Cette méthode utilise une pointe fine pour balayer la surface du métal. La force entre la pointe et la surface est utilisée pour générer une image topographique du métal. Pour utiliser cette technique, il faut d'abord placer l'échantillon métallique sur une scène spécifique. Ensuite, positionnez la pointe du microscope au-dessus de l'échantillon. Une fois la pointe en position, appliquez une petite quantité de force sur la pointe. Cela permettra à la pointe d'entrer en contact avec la surface de l'échantillon. La force entre la pointe et la surface est mesurée pendant que la pointe se déplace sur la surface. Le microscope utilise ensuite ces informations pour générer une image topographique de la surface. Une image topographique est une image tridimensionnelle montrant la hauteur de la surface [[SOURCE 1]].

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4. Microscopie optique : Une autre technique couramment utilisée pour l'étude des métaux est la microscopie optique. Les microscopes optiques utilisent la lumière visible et des lentilles d'agrandissement pour agrandir les images d'objets de petite taille. Cette méthode permet d'explorer les caractéristiques de surface des métaux. Il existe plusieurs méthodes de microscopie optique standard pour les études métallurgiques :

   • Microscopie en champ clair : Dans cette méthode, la lumière blanche illumine l'échantillon sombre. L'image apparaît sombre sur un fond clair.
   • Microscopie en champ sombre : Dans la microscopie en champ sombre, l'échantillon est éclairé par une lumière bloquée par un diaphragme circulaire. En conséquence, vous obtenez une image lumineuse sur un fond sombre.
   • Polariseurs croisés : Les polariseurs sont placés à angle droit l'un par rapport à l'autre devant l'oculaire et la source lumineuse. Cette méthode permet d'étudier les échantillons biréfringents, tels que les métaux. Les matériaux biréfringents ont des indices de réfraction différents pour la lumière se déplaçant dans différentes directions.
   • Contraste de différence d'interférence de Nomarski : Le NDIC est similaire aux polariseurs croisés, mais un compensateur est présent à la place d'un des polariseurs. Le compensateur crée des zones d'interférence qui apparaissent comme un contraste dans l'image.

La microscopie optique présente diverses applications dans différents secteurs industriels. Vous pouvez utiliser plusieurs méthodes de microscopie optique en fonction de votre application spécifique [[SOURCE 1]].

Mécanisme de visualisation des métaux sous un microscope

Avant de comprendre comment il est possible de visualiser les métaux sous un microscope, il est essentiel de comprendre la structure et la composition des métaux. Les métaux ont une structure cristalline, ce qui signifie que les atomes sont disposés selon un motif régulier appelé réseau cristallin. Les atomes dans un métal sont maintenus ensemble par de fortes forces électriques. Ce sont les électrons qui créent ces forces dans les atomes. Les électrons présents dans la couche d'énergie externe de l'atome ne sont pas aussi étroitement liés au noyau que les électrons présents dans les orbites internes. Les électrons de la couche externe peuvent se déplacer librement d'un atome à un autre. C'est ce qui confère aux métaux leur conductivité électrique. Les électrons de la couche externe sont également responsables de l'éclat métallique, c'est-à-dire de l'apparence brillante des métaux. Comment cette structure permet-elle de visualiser les métaux sous un microscope ? La réponse réside dans la manière dont la lumière interagit avec les métaux. Lorsque la lumière brille sur un métal, les électrons libres de la couche externe absorbent une partie de l'énergie de la lumière. Ils réémettent ensuite cette énergie sous forme de lumière. Ce processus est connu sous le nom de fluorescence. Ainsi, un microscope doté d'une source lumineuse particulière peut aider à visualiser les métaux. La source lumineuse projette de la lumière sur le métal, et les électrons libres absorbent l'énergie et la réémettent sous forme de lumière. La lumière peut ensuite être capturée par le microscope et agrandie pour nous permettre de voir le métal à une échelle beaucoup plus petite [[SOURCE 1]].

Applications de la visualisation des métaux sous un microscope

La capacité de visualiser les métaux sous un microscope présente de nombreuses applications. Voici quelques exemples :

1. Métallographie : La métallographie est l'étude de la microstructure des métaux, c'est-à-dire l'organisation du métal au niveau atomique. Elle montre par exemple l'arrangement des atomes, leur interaction les uns avec les autres et les défauts présents. Ces informations sont nécessaires pour comprendre comment différents métaux réagissent dans différentes conditions. Par exemple, lorsque nous chauffons un métal, les atomes vibrent davantage, ce qui peut provoquer un changement de forme du métal. La métallographie nous permet d'étudier comment différents métaux réagiront à ce changement de température. Ces informations sont utilisées dans différents secteurs industriels tels que l'aérospatiale, l'automobile et l'énergie.

2. Médecine légale : Les scientifiques médico-légaux peuvent utiliser un microscope pour examiner des éléments métalliques provenant d'une scène de crime, tels qu'une arme de meurtre ou un bijou. Le microscope leur permet de rechercher des marques uniques permettant d'identifier le fabricant de l'objet. De plus, les chercheurs peuvent l'utiliser pour faire correspondre les éléments métalliques à un événement spécifique, ce qui leur permet de relier un suspect à un crime.