VTT đầu tư hàng triệu USD vào TESCAN AMBER X - đưa Phần Lan dẫn đầu trong nghiên cứu vật liệu ở Bắc Âu

Trung tâm Nghiên cứu và Ứng dụng Khoa học Công nghệ Phần Lan (VTT) vừa đầu tư hàng triệu USD để trang bị hệ thống TESCAN AMBER X Plasma FIB-SEM – hệ Plasma Xenon FIB-SEM đầu tiên tại Phần Lan và cũng thuộc nhóm rất ít hệ tương tự trong khu vực Bắc Âu.

Khoản đầu tư này đánh dấu bước tiến quan trọng trong năng lực nghiên cứu vật liệu 3D, nano-characterization và failure analysis, đồng thời hỗ trợ các ngành công nghiệp chiến lược của Phần Lan như nền kinh tế hydro, vi điện tử, hàng hải – hàng không và công nghiệp pin.

1. TESCAN AMBER X – Bước đột phá so với FIB-SEM truyền thống

TESCAN AMBER X sử dụng Plasma Xenon (Xe+) thay cho Gallium (Ga+) như các hệ FIB-SEM truyền thống. Đây là yếu tố tạo nên sự khác biệt quan trọng trong nghiên cứu và ứng dụng.

Dòng ion cực mạnh, tốc độ phay vượt trội

• FIB sử dụng Gallium (Ga FIB): dòng ion tối đa khoảng 100 nA
• Plasma Xe FIB: dòng ion có thể đạt đến mức µA (microampere)

Sự chênh lệch này giúp tốc độ phay (milling) của Plasma FIB-SEM nhanh hơn gấp nhiều lần, cho phép xử lý các mặt cắt có thể tích lớn và sâu hơn – điều mà Ga FIB khó có thể đáp ứng khi yêu cầu khảo sát khối vật liệu lớn hoặc cấu trúc phức tạp.

Tối ưu cho nghiên cứu đa dạng vật liệu

Plasma FIB-SEM đặc biệt hiệu quả đối với nhiều nhóm vật liệu:

• Kim loại và hợp kim kỹ thuật
• Gốm sứ kỹ thuật và vật liệu chịu nhiệt
• Vật liệu tiên tiến cho pin, bán dẫn, năng lượng mới
• Vật liệu mềm như gỗ, giấy, polymer và composite
• Các cấu trúc đa lớp và vật liệu chức năng cao

Nhờ tốc độ phay cao và thể tích milling lớn, TESCAN AMBER X cho phép khảo sát chi tiết cấu trúc bên trong mẫu trong thời gian ngắn hơn đáng kể so với các hệ Ga FIB-SEM.

2. VTT: Rút ngắn thời gian nghiên cứu vật liệu xuống còn 1/10

Theo chia sẻ của Supriya Nandy – Nhà khoa học cấp cao tại VTT, việc đầu tư vào TESCAN AMBER X Plasma FIB-SEM đã giúp thay đổi đáng kể tốc độ nghiên cứu vật liệu tại trung tâm.

Nandy cho biết, khi sử dụng Ga FIB-SEM, việc nghiên cứu các vật liệu mới thường rất tốn thời gian do tốc độ milling chậm và thể tích phay hạn chế. Với Plasma FIB-SEM, VTT có thể:

• Rút ngắn thời gian từ giai đoạn thiết kế vật liệu đến khi đưa ra thị trường xuống còn khoảng 1/10 so với trước đây
• Thu thập dữ liệu phục vụ cho ICME (Integrated Computational Materials Engineering – kỹ thuật vật liệu tính toán tích hợp)
• Tăng tốc độ thử nghiệm trong các nền tảng MAPs (Materials Acceleration Platforms)

Nhờ đó, chu trình nghiên cứu – mô phỏng – kiểm chứng – tối ưu vật liệu được rút ngắn đáng kể, mang lại lợi thế cạnh tranh lớn cho ngành công nghiệp vật liệu Phần Lan.

3. Khả năng phân tích in-situ – hiểu vật liệu ngay trong điều kiện làm việc

TESCAN AMBER X tại VTT không chỉ dừng lại ở khả năng phay nhanh và thể tích phay lớn, mà còn được trang bị các công cụ phân tích in-situ mạnh mẽ, cho phép quan sát vật liệu trong điều kiện làm việc thực tế.

Hệ kéo – nén và nhiệt độ cao in-situ

Hệ thống được trang bị sàn mẫu kéo in-situ có thể hoạt động ở nhiệt độ lên đến 1200°C. Nhờ đó, các nhà khoa học có thể:

• Quan sát vật liệu dưới tải trọng cơ học khác nhau
• Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến cấu trúc và tính chất vật liệu
• Mô phỏng điều kiện làm việc thực tế của vật liệu trong môi trường khắc nghiệt

EDS và EBSD cho phân tích cấu trúc và thành phần

Bên cạnh Plasma FIB, hệ thống SEM còn được trang bị các đầu dò phân tích tiên tiến như:

• Quang phổ tán sắc năng lượng (EDS) – phân tích thành phần hóa học
• Nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược (EBSD) – phân tích cấu trúc tinh thể, hướng hạt, biến dạng và cơ chế phá hủy

Sự kết hợp giữa FIB-SEM, EDS, EBSD và thử nghiệm in-situ giúp VTT có thể trả lời không chỉ câu hỏi “vật liệu có tính chất gì?” mà còn “vật liệu hoạt động ra sao khi chịu lực, chịu nhiệt hoặc chịu tác động kết hợp của nhiều yếu tố cùng lúc”.

Hình ảnh bên trái hiển thị cấu trúc vi mô 3D của thép martensitic được xác định bằng phương pháp Plasma FIB và EBSD.

4. AMBER X hỗ trợ chiến lược phát triển các ngành công nghiệp chủ lực

Theo Janne Pakarinen – Trưởng nhóm nghiên cứu tại VTT, TESCAN AMBER X Plasma FIB-SEM đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp chiến lược của Phần Lan.

Ngành hàng hải và hàng không

Các ngành này đòi hỏi vật liệu phải bền vững trong điều kiện làm việc khắc nghiệt, bao gồm:

• Sự thay đổi nhiệt độ lớn
• Rung động, va chạm
• Ăn mòn do môi trường biển hoặc khí quyển

Plasma FIB-SEM giúp phân tích chi tiết cơ chế hỏng hóc, nứt, biến dạng và sự suy giảm tính chất theo thời gian.

Nền kinh tế hydro (Hydrogen Economy)

Hydro là một trong những trụ cột tương lai của năng lượng sạch, nhưng yêu cầu vật liệu bề mặt, màng mỏng, lớp xúc tác và giao diện vật liệu phải được nghiên cứu rất kỹ. TESCAN AMBER X hỗ trợ:

• Quan sát cấu trúc 3D của lớp phủ, màng mỏng
• Phân tích các cơ chế suy giảm, bong tróc, nứt vi mô
• Đánh giá độ ổn định của vật liệu trong môi trường khắc nghiệt

Ngành pin và chất bán dẫn

Trong lĩnh vực pin và bán dẫn, Plasma FIB-SEM giúp:

• Tạo mặt cắt chính xác qua các lớp điện cực và separator
• Phân tích sự hình thành các lớp SEI, microcrack, delamination
• Kiểm tra cấu trúc 3D trong vi mạch, chip và các vật liệu tích hợp

Kiểm tra lỗi vật liệu (Failure Analysis) trong nhiều ngành

VTT cũng sử dụng TESCAN AMBER X cho các bài toán kiểm tra lỗi vật liệu trong nhiều ngành khác nhau như công nghiệp hóa chất, giấy, vật liệu tiêu dùng và công nghiệp nặng.

Nhờ khả năng phay chính xác và quét sâu vào bên trong mẫu, các nhà nghiên cứu có thể phát hiện:

• Các vùng biến dạng ẩn bên trong vật liệu
• Cơ chế phá hủy và khởi phát nứt vỡ
• Nguyên nhân gốc rễ (root-cause) của hư hỏng

Theo Pakarinen, việc hiểu rõ cơ chế hỏng hóc là điều kiện quan trọng để tránh lặp lại những sự cố tương tự trong tương lai và cải thiện độ tin cậy của sản phẩm.

5. Plasma FIB và Gallium FIB – Bảng so sánh trực quan

Bảng dưới đây tóm tắt một số khác biệt chính giữa Plasma Xe FIB và Ga FIB truyền thống:

6. Hệ thống AMBER X tại VTT bắt đầu hoạt động từ tháng 03/2024

Hệ thống TESCAN AMBER X Plasma FIB-SEM tại VTT đã đi vào hoạt động từ giữa tháng 03/2024. Từ đó đến nay, thiết bị đã giúp:

• Giảm đáng kể thời gian thử nghiệm và tối ưu vật liệu
• Tăng lượng dữ liệu 3D và chất lượng thông tin thu được từ mỗi mẫu
• Cải thiện độ chính xác của các mô hình mô phỏng vật liệu
• Hỗ trợ ra quyết định nhanh hơn cho các ngành công nghiệp chiến lược

7. TESCAN AMBER X tại Việt Nam – Được tư vấn và hỗ trợ bởi MTECHNOLOGY

Tại Việt Nam, Công ty TNHH Công Nghệ M (MTECHNOLOGY) là đơn vị tư vấn, cung cấp và hỗ trợ kỹ thuật cho dòng TESCAN Plasma FIB-SEM AMBER X cũng như các giải pháp kính hiển vi điện tử quét và phân tích vật liệu tiên tiến.

MTECHNOLOGY đồng hành cùng khách hàng trong các lĩnh vực:

• Nghiên cứu vật liệu tiên tiến, phát triển sản phẩm mới
• Phân tích lỗi (failure analysis) cho sản xuất và R&D
• Ứng dụng trong pin, bán dẫn, điện tử, vật liệu năng lượng
• Đào tạo, chuyển giao công nghệ và hỗ trợ vận hành thiết bị

Quý khách đừng ngần ngại liên hệ với MTECHNOLOGY để được tư vấn chi tiết về giải pháp TESCAN AMBER X Plasma FIB-SEM và các hệ kính hiển vi điện tử quét phục vụ nghiên cứu và sản xuất.

8. Liên hệ & Tư vấn chi tiết