Il microscopio elettronico a scansione (SEM) è uno strumento in cui un fascio elettronico generato da un filamento attraversato da corrente viene direzionato attraverso delle lenti magnetiche contro la superfice del campione da analizzare. L'interazione tra gli elettroni e la superficie del campione genera dei segnali che vengono poi indirizzati verso specifici sensori. In particolare, nei microscopi presenti presso il laboratorio, è possibile analizzare gli elettroni retrodiffusi (Back-Scattered-BSE), che danno delle informazioni sulla distribuzione degli elementi nel materiale, e gli elettroni secondari (SE), che danno delle informazioni sulla morfologia delle superfici. Con tali microscopi è possibile analizzare delle strutture che possono raggiungere le dimensioni di qualche decina di nanometri (SEM) o del nanometro (FE-SEM). Gli strumenti sono anche dotati di sonda EDXS che consente di eseguire, attraverso l'analisi dei raggi X emessi dal campione attraverso l'interazione con il fascio elettronico, un analisi chimica semi-quantitativa dell'area di analisi. Il microscopio SEM è inoltre dotato di una sonda EBSD che consente l'analisi cristallografica del materiale a livello microscopico, dando delle informazioni sulla tessitura cristallografica del materiale stesso. Tale strumento è anche dotato di un dispositivo per le prove micromeccaniche in camera fino a carichi massimi di 5kN. Il tester micromeccanico è stato acquisito grazie al piano strategico del DPIA in collaborazione con i gruppi di ricerca SIMED, SMACT3 e LAMA.  I campioni analizzabili al SEM sono di dimensione massima di 5 cm x 5 cm x 2 cm (l x p x h) mentre per il FE-SEM hanno dimensioni pari ai campioni inglobati a caldo (cilindri diametro 3 cm x 2 cm). Gli strumenti sono principalmente utilizzati per:

• Analisi frattografica;
• Caratterizzazione microstrutturale a livello nanometrico;
• Determinazione di spessori di film sottili;
• Analisi cristallografica dei materiali (mappatura);
• Proprietà micromeccaniche dei materiali;
• Caratterizzazione di polveri;

Il microscopio ottico è uno strumento che consente di analizzare, mediante una luce indirizzata verso il campione attraverso degli obiettivi ottici e poi riflessa verso degli oculari o un sistema di acquisizione immagini/ video digitale, la microstruttura di un campione. La luce riflessa darà luogo ad un immagine ingrandita del materiale analizzato. Con i microscopi in dotazione è possibile analizzare i campioni fino a 1000X in diverse modalità di analisi: campo chiaro (analisi classica), campo scuro (definisce meglio le asperità che danno colorazione scusra in campo chiaro), luce polarizzata e contrasto interferenziale (luce polarizzata con effetto 3D). I microscopi in dotazione sono equipaggiati, oltre che con fotocamere digitali, anche con software avanzati per l'analisi delle immagini che consentono di poter eseguire delle misure o delle valutazioni delle diverse entità visualizzate al microscopio. 

Le analisi che possono essere svolte con tali strumenti sono:

• Analisi inclusionali;

• Analisi dimensioni dei grani;

• Analisi della distribuzione delle fasi;

• Analisi di spessori;

• Misure geometriche su piccola scala;

Inoltre sono presenti anche dei microscopi stereografici che sono utilizzati per eseguire delle analisi ad alta profondità di campo, rispetto al microscopio metallografico, ma a più basso ingrandimento. Tali microscopi vengono utilizzati per:

• valutazioni dimensionali;

• Valutazione di fasi a livello macroscopico;

• Frattografie;

Il microscopio a forza atomica (AFM) è impiegato per lo studio delle proprietà superficiali di diversi materiali con elevata risoluzione spaziale. L'AFM viene tipicamente impiegato per l'acquisizione di mappe topografiche con risoluzione a livello nanometrico. Questo strumento può essere utilizzato per ottenere informazioni sulla rugosità superficiale di diversi materiali tra cui metalli, polimeri, ceramici e compositi. Inoltre, lo strumento disponibile nel nostro laboratorio è dotato della tecnica di scanning Kelvin probe force microscopy (SKPFM) per l'indagine del potenziale superficiale (potenziale di Volta). Questa tecnica, in particolare nel caso di substrati metallici, può essere impiegata per lo studio di diverse fasi e caratteristiche microstrutturali. La tecnica SKPFM può essere impiegata per la caratterizzazione di diversi metalli e leghe tra cui acciaio, leghe di alluminio, magnesio, rame e titanio. Questo fornisce informazioni utili per l'interpretazione del comportamento della corrosione a livello localizzato e, più in generale, sulla reattività complessiva delle superfici metalliche.