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Dentro del ámbito de la caracterización de materiales, las técnicas de microscopía constituyen una de las herramientas más habituales en los laboratorios químicos. En este post repasamos cuáles son las modalidades más comunes, cómo funcionan y cómo se aplican en la industria actualmente.
¿Qué son las técnicas de microscopía?
Principales técnicas microscópicas de caracterización de materiales
Microscopía electrónica de barrido (SEM)
Microscopía electrónica de transmisión (TEM)
Microscopía de efecto de túnel (STM)
Microscopía de fuerzas atómicas (AFM)
Ventajas de las técnicas de caracterización microscópicas
¿Qué son las técnicas de microscopía?
Las técnicas de microscopía son el conjunto de procedimientos de investigación que utilizan un microscopio para obtener imágenes de determinadas estructuras, las cuales, por ser demasiado pequeñas, resultan inapreciables a simple vista para el ojo humano. Debido a su gran potencial para identificar propiedades de los materiales, se usan con fines variados, que van desde la microbiología molecular hasta el análisis de metales y otros compuestos industriales.
Principales técnicas microscópicas de caracterización de materiales
Existen dos grandes grupos de técnicas microscópicas de caracterización de materiales: la microscopía óptica y la microscopía electrónica. En la primera, los microscopios utilizan fotones de luz para amplificar las muestras, mientras que, en la segunda, las imágenes se generan por la interacción entre electrones y las diferentes sustancias. Al emplear partículas con una longitud de onda inferior, la microscopía electrónica tiene mayor poder de resolución.
Además, también hay que contar con la microscopía de sonda de barrido, que produce imágenes mediante una sonda que recorre la superficie de las muestras. A continuación, repasamos las técnicas microscópicas de caracterización de materiales más habituales:
Microscopía óptica avanzada (MOA)
Es la evolución de la técnica microscópica tradicional, en la que los objetos son amplificados mediante lentes ópticas y un haz de luz. Hoy en día, la microscopia óptica avanzada (MOA) utiliza equipos como los microscopios confocal, con una resolución nanométrica que proporciona información detallada sobre las formas de los materiales y su textura.
Microscopía electrónica de barrido (SEM)
Las técnicas de caracterización de materiales mediante microscopía electrónica de barrido funcionan con lentes electromagnéticas, bobinas deflectoras, detectores de radiación y un haz de electrones móvil y concentrado que va recorriendo toda la muestra punto por punto. La imagen resultante se visualiza en una pantalla e incluye información morfológica, cristalográfica, topográfica y de composición.
Microscopía electrónica de transmisión (TEM)
La microscopía electrónica de transmisión se diferencia de la de barrido en que mide la mayor parte de las muestras a la vez (no punto por punto) y construye la imagen a partir de los electrones que atraviesan el objeto analizado, y no de los que se dispersan o rebotan contra la superficie. Además, la TEM usa muestras más finas y tiene una resolución más potente, de nivel atómico.
Microscopía electrónica de transmisión con barrido (STEM)
Esta técnica incorpora bobinas electromagnéticas adicionales con las que lanza un haz concentrado de electrones que barre la muestra píxel a píxel, pero al contrario que la SEM genera la imagen con los electrones que traspasan las sustancias. La pérdida de energía posibilita la caracterización de la composición química de los materiales.
Microscopía de efecto de túnel (STM)
Los microscopios de efecto de túnel operan con una sonda de punta fina a la que se le aplica un determinado voltaje. Cuando se acerca a la superficie de la muestra, se produce un intercambio de electrones entre los puntos más cercanos del material y el borde de la sonda. De este modo, se reconstruye átomo por átomo el relieve de la superficie.
Microscopía de fuerzas atómicas (AFM)
La AFM proporciona imágenes superficiales y con resolución nanométrica de muestras en aire y líquido. Funciona con una sonda de contacto en forma de palanca con punta fina. La sonda va recorriendo las sustancias y su deflexión se mide con un láser que incide sobre ella y es capturado por un fotodetector. Finalmente, un software reconstruye un mapa topográfico con colores que representan las alturas de la superficie.
Ventajas de las técnicas de caracterización microscópicas
Las técnicas de microscopía son muy útiles para analizar la textura y la composición química de los distintos elementos, ya que permiten obtener información precisa sobre todo tipo de compuestos. Conocer su comportamiento ayuda a los fabricantes a elegir los mejores materiales y optimizar los procesos de diseño y fabricación de nuevos productos.
Asimismo, las técnicas microscópicas de caracterización de materiales facilitan el diagnóstico de fallos y patologías en materiales mediante el estudio de las superficies de fractura y el resto de las zonas afectadas, ayudando así a prevenir averías y accidentes.
Todos estos beneficios hacen de las técnicas de microscopía una herramienta fundamental dentro de los servicios de ingeniera forense especializados en la caracterización de las propiedades físicas, químicas y funcionales de los materiales.
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