EVALUACIÓN DE LA RE-DEPOSICIÓN DE MATERIAL DURANTE LA PREPARACIÓN DE MUESTRAS DELGADAS POR FIB

BAQUÉ, LAURA; TROIANI, HORACIO; SCHREIBER, ANJA; SERQUIS, ADRIANA C.; SOLDATI, ANALIA L.

San Carlos de Bariloche

Congreso; 4° Congreso de la Asociación Argentina de Microscopía (SAMIC 2016); 2016

Centro Atómico Bariloche

Las celdas de combustible deóxidos sólido (Solid Oxide Fuel Cells- SOFC) son dispositivos que permiten transformar energía química en energíaeléctrica y calor [1]. Una de sus ventajas es que sus componentes principalesson cerámicos y, a diferencia de las baterías, pueden generar energía mientrasse les suministre combustible (hidrógeno o metano) y oxígeno a sus electrodos.El principio de operación de estas celdas (ver Figura 1) involucra la reducciónde O2 en el cátodo, la difusión de iones de O2- a travésdel electrolito, y la oxidación del combustible en el ánodo. El electrolito debe ser denso para evitar el flujo de gasessin reaccionar de un lado al otro de la celda, mientras que los electrodos(cátodo y ánodo) deben ser porosos para permitir el ingreso de los gases hastalos sitios de reacción. Debido a su particular microestructura, la preparaciónde muestras de TEM de los electrodos porosos y de las interfaceselectrodo/electrolito es muy difícil de llevar a cabo con las técnicastradicionales (por ejemplo, Ar-millingo pulido electroquímico). En ese sentido, la técnica de Focus Ion Beam (FIB)/lift-outha probado ser efectiva para la preparación de muestras de SOFC para TEM ya quepermite preparar muestras de TEM de los distintos elementos que componen estasceldas y sus interfaces con la ventaja de poder seleccionar con gran precisiónel área de la que se extrae la muestra [2]. Sin embargo, una de las desventajasde esta técnica es que durante la preparación de las muestras se puede producirdaño por radiación y/o re-deposición del material que está siendo cortado.Estos efectos espurios podrían llevar a una errónea interpretación de losresultados de la caracterización de las muestras por TEM y, por lo tanto, esnecesario caracterizar estos efectos para su detección.El objetivo de este trabajo esla evaluación de la re-deposición de material ocurrido durante la preparaciónde muestras de TEM por la técnica de FIB/lift-out[3]. Se prepararon polvos de La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d(LSCFO) por el método de reacción de estado sólido y se depositaron como cátodosobre un electrolito denso de Ce0.9Gd0.1O2-d (CGO)por la técnica de spin-coating. Lamicroestructura de los cátodos obtenidos se caracterizó en un microscopioelectrónico de barrido SEM Philips 515 con filamento de W. Además, seprepararon muestras de TEM de sitios específicos del cátodo usando un haz deiones de Ga en un equipo FEI-FIB200 con un voltaje de aceleración de 30 kV. Deesta manera, se obtuvieron muestras de ~15 µm x ~5 µm x ~200 nm, las cualesfueron extraídas con un micromanipulador por el método de lift-out y depositadas en una grilla de TEM. Las muestras obtenidasfueron caracterizadas con un microscopio electrónico de transmisión TEM PhilipsCM 200 UT equipado con un filamento de LaB6 y operado a 200 keV. Lacomposición en distintos puntos de la muestras fue determinada con un sistemade EDS (EDAX) acoplado al TEM.La figura 2(a) muestra unaimagen de SEM de la sección transversal de la interfase cátodo/electrolitodonde se muestra el sentido del corte realizado por FIB. La Figura 2(b) muestra unaimagen de TEM de la muestra delgada obtenida compuesta por el electrolito densode CGO sobre el cual está depositado el cátodo poroso de LSCFO. La capa de Ptque se observa sobre el cátodo es una película protectora que se aplica antesdel proceso de corte por FIB. Una imagen de mayor magnificación (ver Figura2(c)) muestra que el poro está rodeado de un borde de material re-depositado.El análisis de EDS indica que este borde es rico en Ce y Ga (ver Figura 2(d)),mientras que el bulk del cátodocontiene mayormente La, Sr, Fe, y Co. La señal de Cu detectada en ambos espectrosproviene de la grilla que soporta las muestras.El análisis realizado indicaque bajo las condiciones utilizadas en el presente trabajo, se favorece lare-deposición de material de electrolito sobre el cátodo durante el corte demuestras delgadas por la técnica de FIB. Este fenómeno es contrario de loesperado, de acuerdo al sentido de corte (desde el cátodo hacia elelectrolito). Además, el mencionado re-depósito de material ocurre de manerapreferencial en los poros del cátodo. Estos resultados aportan informaciónrelevante para la selección de los parámetros de corte por FIB a fin de evitarel re-depósito de material.