研究人员在等离子体治疗过程中实现实时显微镜成像

安特卫普大学（比利时）的一个跨学科研究小组成功地利用扫描电子显微镜（SEM）内产生的等离子体进行了原位研究。这标志着首次在用等离子体处理样品的同时实现实时SEM成像。这项研究发表在《先进材料技术》杂志上

等离子体，通常被描述为电离气体或物质的第四种状态，有着广泛的应用。例如，在半导体行业，它们在用于制造计算机芯片的光刻工艺中发挥着关键作用

他们还对绿色化学应用越来越感兴趣，如将CO2和CH4转化为增值化学品或可再生燃料，为绿色肥料生产固定N2，以及生物医学应用，如癌症治疗、伤口愈合或消毒。此外，等离子体也是一个广泛研究的主题，以获得更基本的见解

等离子体应用的许多相关过程都发生在微观层面，它们的观察通常需要超出传统光学显微镜能力的高分辨率图像。因此，本研究使用了扫描电子显微镜（SEM）

这种显微镜使用高能电子的聚焦束，扫描感兴趣材料的表面。通过收集电子束产生的各种信号并逐像素地对其进行汇编，可以生成样品的高度放大图像，直至纳米范围

当用SEM（右）成像时，电极上的电压增加，直到形成等离子体放电。这种等离子体在网络摄像头图像（左）上可见，并导致SEM图像的整体强度增加。来源：安特卫普大学

要在SEM中进行这些原位等离子体研究，需要解决几个挑战。首先，电子显微镜通常在高真空条件下操作，以最大限度地减少电子与气体分子的相互作用

为了产生等离子体所需的气体云，将末端有微米大小孔的细管引入显微镜室，以允许受控的气体流向样品。有限的气流足以进行局部等离子体操作，同时在显微镜的其余部分保持低压以进行成像

其次，产生和维持等离子体需要强大的电场，这会影响微观成像所需的电子。通过优化设置的硬件和参数，该团队最大限度地减少了电子束的偏转，并确保了稳定的等离子体放电，从而实现了等离子体操作期间的实时成像。通过这种方式，可以捕获铜膜处理的实时视图，如上面/下面的视频所示

这一重大成就的取得要归功于能够参与该项目的跨学科研究团队。在Jo Verbeeck教授（EMAT研究小组）和Annemie Bogaerts教授（PLASMANT研究小组）的指导下，具有电子、电子显微镜和等离子体技术背景的人携手实现了这一重大里程碑

作为下一步，该团队现在的目标是通过在成像之外添加额外的探测器来实现实时元素和结构表征，从而进一步发展仪器的分析能力，这可能会对材料科学研究和等离子体物理的基本原理产生新的见解