아쿠아 커버 방식

물을 액체상태로 유지하여 주사전자현미경(SEM)으로 물을 관찰하는 방법. 이 방법은 물을 함유한 종이(아쿠아 커버)를 사용하여 시편을 덮어서 시편 내 수분의 증발을 방지하기 때문에 Aqua Cover 방식이라고 합니다. 시편 온도, 시편 챔버의 압력 및 수증기의 분압이 적절하게 제어되면 시편에 포함된 물, 수용액 및 수분이 시편을 SEM에 삽입하여 관찰할 때까지 액체 상태로 유지할 수 있습니다. 이 방법을 사용하면 물과 수분 증발 과정의 SEM 이미지를 관찰할 수 있으며, 광학적 방법(광학 현미경)보다 더 높은 해상도로 여전히 물을 포함하고 있는 표본을 관찰할 수 있습니다.
일반적인 SEM 관찰은 진공(<10^-2 Pa: 대기압: 1013 hPa), 물이 증발하여 관찰할 수 없습니다. 그러나 저진공과 Peltier 냉각 단계의 조합은 시편 챔버에서 액체 상태의 물(그림 1에서 녹색 영역으로 표시됨)을 달성합니다. 실제로 시편 온도와 시편 챔버 압력은 각각 약 0 °C 및 650 Pa로 설정.
대기압에서 650 Pa까지 챔버를 비우는 동안 물이 증발합니다. 증발을 방지하기 위해 시편을 아쿠아 커버로 덮어 커버 내부의 압력을 포화 수증기압으로 유지합니다.
그림 2는 [1] 방법을 사용하여 시편 설정에서 관찰까지의 절차를 보여줍니다. SEM 시편 스테이지에 Peltier 냉각 스테이지를 장착하고 시편을 냉각 스테이지에 놓고 아쿠아 커버로 덮으면서 시편 온도를 냉각(a)에 의해 0 °C로 유지합니다. 검체실을 비운 후, 사전 비우기실에 통합된 검체 교환봉에 아쿠아 커버를 포획한 다음 냉각 단계를 낮춥니다(b). 아쿠아 커버가 사전 진공 챔버(c)로 들어갑니다. 냉각 단계가 상승하고 SEM 관찰이 수행됩니다(d). 아쿠아커버를 제거하면 물이 서서히 증발하기 때문에 신속하게 검체를 관찰할 필요가 있다.
Fig. 3은 Aqua Cover법을 이용하여 잎맥에서 새는 액적을 관찰한 예이다. 영화는 섬유에 물방울이 증발하는 것을 보여줍니다.
이 방법을 통해 우리는 마이크로미터 오더 구조로 잎 표면에 부착된 발수 동안 물방울의 미세한 움직임을 성공적으로 관찰할 수 있습니다[2]. 이 방법은 또한 유기체 및 식물과 같은 수분이 풍부한 표본의 상세한 관찰과 팽창 및 건조 과정에서 섬유의 두께 및 섬유 사이의 간격 변화를 관찰하는 데 성공했습니다 [3].
아쿠아 커버 방식을 사용하지 않고 액체 상태의 시료를 관찰하는 방법이 있는데, 이는 시료를 시료실에 넣기 전에 얼렸다가 진공 진공 후 녹여 후속 관찰하는 방식입니다. 그러나 표본이 동결되면 얼음 결정의 성장이나 부피 팽창으로 인해 손상될 수 있습니다. Aqua Cover 방식은 시편 세팅 전 시편 동결이 필요 없다는 장점이 있습니다.
시료에 물을 머금은 상태에서 SEM 관찰이 가능한 이 독특한 방법은 JEOL에서 처음으로 개발한 것입니다. 이 방법은 출판된 논문에서 Wet Cover 방법이라고도 합니다.

그림 1 물 상태 다이어그램의 개략도.
물이 약 0 °C로 냉각되고 대기압이 약 650 Pa로 설정되면 물은 액체 상태로 보존됩니다.

그림 2 Aqua Cover 방식을 이용한 관찰 절차.
(a) Peltier 냉각 스테이지는 대기압에서 SEM 시편 스테이지에 장착됩니다. 시편을 냉각 단계에 놓고 약 0 °C로 유지합니다. 그런 다음 시편을 아쿠아 커버로 덮고 압력이 650 Pa의 설정 압력에 도달할 때까지 시편 챔버를 비웁니다.
(b) 압력이 650 Pa에 도달하고 안정되면 아쿠아 커버는 사전 대피 챔버에 통합된 표본 교환 막대에 의해 캡처됩니다. 그런 다음 냉각 단계가 낮아집니다.
(c) 아쿠아 커버가 사전 대피 챔버로 들어갑니다.
(d) 냉각 단계가 상승하고 SEM 관찰이 수행됩니다.

그림 3 Pachira aquatica 잎 뒷면의 잎맥에서 누출된 액적. 
(a) 광학 현미경 이미지
(b) 후방 산란 전자 이미지(액체 방울과 잎은 각각 파란색과 녹색으로 표시됨).
가속 전압: 25kV, 시편 챔버 압력: 650Pa.