Laboratory for Scanning Electron Microscopy

• Assoc. Prof. Ivana Jelovica Badovinac, PhD
• Assoc. Prof. Robert Peter, PhD
• Assoc. Prof. Iva Šarić Janković, PhD
• Prof. Gabriela Ambrožić, PhD
• Assist. Prof. Maria Kolympadi Markovic, PhD
• Daria Jardas Babić, PhD
• Karlo Veličan
• Prof. Mladen Petravić (retired)

Scanning Electron Microscope JSM-7800F, JEOL

(Room: O-120)

The scanning electron microscope enables observation and characterization of heterogeneous organic and inorganic materials at the nanometer (nm) and micrometer (μm) scale. The surface or micro-volume to be analyzed is irradiated with a well-focused electron beam to generate an image or to perform elemental analysis of the sample. The interaction of the electron beam with the sample produces secondary electrons (emitted from the sample), backscattered electrons (from the electron beam), and characteristic X-ray radiation emitted from the sample. These signals can be used to examine various sample characteristics such as surface topography, crystallography, chemical composition, etc.

Microscope model: JEOL field emission scanning electron microscope (JSM-7800F) with maximum resolution of 0.8 nm, accelerating voltage range between 0.01 – 30 kV, and magnification range: x25 – 1,000,000.

The microscope is equipped with the following detectors:

• Lower detector for secondary electrons (LED)
• Upper detector for secondary electrons (UED)
• Backscattered electron detector (BED)
• Scanning transmission electron detector (STED)
• Energy-dispersive X-ray spectrometer X-MaxN 80, Oxford Instruments (EDS) – used for elemental composition analysis

Sample Preparation Equipment

(Room: O-119)

Various precision devices for sample preparation:

• Precision etching and coating system (Gatan PECS II Model 685) – equipped with two ion guns for etching solid samples with low-energy Ar+ ions (energy range 0.1 – 8 keV). It can also be used for sample coating with C, Au, Pt/Pd, Cr, and Pt.
• Precision ion polishing system (Gatan PIPS II Model 695) – equipped with two ion guns for polishing solid samples with low-energy Ar+ ions (energy range 0.1 – 8 keV). Primarily used for preparing samples for scanning transmission electron microscopy (STEM).
• Critical point dryer (Quorum K 850) – used for dehydration of biological samples (replacing water with liquid CO2).
• Precision diamond wire saw (Well 3242) – stainless steel wire with diamond particles is used for cutting different types of samples, producing smooth and sharp edges.
• Precision diamond disc saw (Buehler Iomet 1000) – used for cutting various materials (metals, glass, ceramics, plastics, biomaterials) with minimal deformation.
• Disc Grinder – used for thinning samples.
• Dimple Grinder – used for thinning samples to electron transparency, suitable for STEM/TEM analysis.

Teme istraživanja uključuju:

1. Istraživanje morfologije i debljine različitih poluvodičkih ili izolatorskih filmova dobivenih tehnikom depozicijom atomskih slojeva
2. Dijatomeje ili alge kremenjašice (slatkovodne i morske)
3. Pustinjska prašina
4. Mikroplastika
5. Bakterije
6. Ortodontski uzorci
7. Aerosol

i mnoge druge.

Primjeri SEM analiza

Titanov dioksid ima široku primjenu u fotokatalizi – koristi se za pročišćavanje vode i zraka, kao prekrivni sloj biomedicinskih materijala, itd. Istražena je mogućnost kontrole veličine zrnaca TiO₂ filmova anatazne faze narastanih na različitim podlogama. Kristaliničnost i veličina TiO₂ kristala ovise o temperaturi depozicije filma, broju ALD ciklusa – debljini TiO₂ filma, vrsti supstrata te debljini Al₂O₃ međusloja.

Tanki slojevi Al2O3 filmova na površini celuloznih materijala spriječavaju difuziju kisika i spontano zapaljenje celuloze pri višim temperaturama. U tu svrhu smo proučavali svojstva zaštitnih tankih Al2O3 filmova narastanih tehnikom depozicije atomskih slojeva na površini celuloze. Homogenost debljine filma i debljina filma određena je pretražnim elektronskim mikroskopom u transmisijskom načinu rada (STEM).

Stanična stijenka dijatomeja građena je od silicijeva dioksida koju nazivamo frustulom. Na stanici razlikujemo gornju I donju polovicu, a one su sa strane vezane pleurom. Na Zemlji ima oko 100 000 vrsta dijatomeja razvrstanih u 250 rodova. Razlikuju se po obliku frustule, veličini, obliku i raspodijeli detalja na površini stijenki. Pretražnim elektronskim mikroskopom smo istraživali dijatome iz Hrvatskih jezera i rijeka te Jadranskog mora.    

Zeolitni materijali privlače pažnju svojim jedinstvenim svojstvima kao što su velika površina, definiran sustav kanala i kontrolirana gustoća aktivnih mjesta. Pomoću pretražnog elektronskog mikroskopa proučavali smo sintetičke zeolite te zeolite ugrađene u polimernim materijalima.

U ožujku 2020. godine, na području Balkana svjedočili smo pojavi »prljave kiše«, odnosno visokoj koncentraciji lebdećih čestica. Izrađena je interdisciplinarna studija (Mifka i sur., 2023), koja je s jedne strane uključivala izradu simulacije modela WRF-Chem, sinoptičku situaciju, morfološku i kemijsku analizu te analizu čestica pomoću pretražnog elektronskog mikroskopa. Reprezentativne SEM slike i EDS spektri prikazuju: (a) glauberit Na₂Ca(SO₄)₂ i/ili CaSO₄ × 2H₂O pustinjsku ružu tipičnu za Sjevernu Afriku; (b1/b2) fragmente skeleta dijatomeja pomiješane s prašinom; (c) aluminosilikate s ugrađenim Fe; (d) primarne biološke aerosolne čestice (PBAP-ove).

1. I. Kavre Piltaver, A. Vilfan, G. Kostevc, S. Kralj, D. Babič, Magnetic field directed assembly of magnetic non-spherical microparticles, Journal of physics Condensed matter 36 225101-225110 (2024)
2. I. Kavre Piltaver, R. Peter, K. Salamon, M. Mičetić, M. Petravic, In Situ X‐ray Photoelectron Spectroscopy Study of Initial Stages of Tungsten Trioxide Reduction by Low-Energy Hydrogen Bombardment, Journal of physical chemistry C 128, 5345-5354 (2024)
3. M. Petković Didović, I. Jelovica Badovinac, Ž. Fiket, J. Žigon, M. Rinčić Mlinarić, G. Čanadi Jurešić, Cytotoxicity of Metal Ions Released from NiTi and Stainless Steel Orthodontic Applicances, Part 1: Surface Morphology and Ion Release Variations, Materials, 16, 4156 (2023).
4. R. Peter, A. Omerzu, I. Kavre Piltaver, R. Speranza, K. Salamon, M. Podlogar, K. Velican, M. Percic, M. Petravic, Large enhancement of visible light photocatalytic efficiency of ZnO films doped in-situ by copper during atomic layer deposition growth, Ceramics International 49, 35229-35238 (2023).
5. B. Mifka, M. Tališman Prtenjak, I. Kavre Piltaver, D. Mekterović, J. Kruzmić, M. Marcius, I. Ciglenečki, Intense desert dust event in the northern Adriatic (March 2020); insights from the numerical model application and chemical characterization results, Earth Space Sci.,10 e2023EA002879 (2023).
6. R. Markoska, R. Stojković, M. Filipović, M. Jurin, V. Špada, I. Kavre Piltaver, K. Pavelić, D. Marković, S. Kraljević Pavelić, Study of zeolite clinoptilolite D-glucose adsorption properties in vitro and in vivo, Chemico-biological interactions, 382, 110641-110652 (2023).
7. G. Begić, M. Petković Didović, S. Lučić Blagojević, I. Jelovica Badovinac, J. Žigon, M. Perčić, O. Cvijanović Peloza, I. Gobin, Adhesion of oral bacteria to commercial d-PTFE membranes: Polymer microstructure makes a difference, International journal of molecular sciences, 23, 2983 (2022).
8. M. Sigler Zekanović, G. Begić, S. Mežnarić, I. Jelovica Badovinac, R. Krištof, D. Tomić Linšak, I. Gobin, Effect of UV Light and Sodium Hypochlorite on Formation and Destruction of Pseudomonas fluorescens Biofilm in Vitro, Publications MDPI, 10, 1901 (2022).
9. N. Novosel, D. R. Gongora, Z. Jagličić, E. Tafra, M. Basletić, A. Hamzić, T. Klaser, Ž. Skoko, K. Salamon, I. Kavre Piltaver, M. Petravić, B. Korin-Hamzić, S. Tomić, B. P. Gorshunov, T. Zhang, T. Ivek, M. Čulo, Grain-Size Induced Collapse of Variable Range Hopping and Promotion of Ferromagnetism in Manganite La_0.5Ca_0.5MnO₃, Crystals, 12, 724 (2022).
10. G. Ondrašek, I. Jelovica Badovinac, R. Peter, M. Petravić, J. Macan, Z. Rengel, Humates and Chlorides Synergistically Increase Cd Phytoaccumulation in Strawberry Fruits, Heightening Health Risk from Cd in Human Diet, Exposure and Health, 14, 393–410 (2022).
11. S. Mežnarić, I. Jelovica Badovinac, I. Šarić, R. Peter, M. Kolympadi Markovic, G. Ambrožić, Ivana Gobin, Superior UVA-photocatalytic antibacterial activity of a double-layer ZnO/Al2O3 thin film grown on cellulose by atomic layer deposition (ALD), J. Environ. Chem. Eng., 10, 108095 (2022).
12. I. Šarić, M. Kolympadi Markovic, R. Peter, P. Linić, K. Wittine, I. Kavre Piltaver, I. Jelovica Badovinac, D. Marković, M. Knez, G. Ambrožić, In-situ multi-step pulsed vapor phase surface functionalization of zirconia nanoparticles via copper-free click chemistry, Appl. Surf. Sci, 539,  148254, 10 (2021).
13. A. Omerzu, R. Peter, D. Jardas, I. Turel, K. Salamon, M. Podlogar, D. Vengust, I. Jelovica Badovinac, I. Kavre Piltaver, M. Petravic, Large enhancement of photocatalytic activity in ZnO thin films grown by plasma-enhanced atomic layer deposition, Surfaces and Interfaces, 23, 100984 (2021).
14. H. Otmančić, M. Ivanko, D. Pop Acev, E. Kamenar, I. Jelovica Badovinac, S. Šapalj, Corrosion of dental alloys used for mini implants in simulated oral environment, International journal of electrochemical science, 16, 21085 (2021).
15. M. Malenica, M. Vukomanović, M. Kurtjak, V. Masciotti, S. dal Zilio, S. Greco, M. Lazzarino, V. Krušić, M. Perčić, I. Jelovica Badovinac et al. Perspectives of Microscopy Methods for Morphology Characterization of Extracellular Vesicles from Human Biofluids, Biomedicine, 9, 603 (2021).
16. G. Ondrašek, F. Kranjčec, L. Filipović, V. Filipović, M. Bubalo Kovačić, I. Jelovica Badovinac, R. Peter, M. Petravić, J. Macan, Z. Rengel, Biomass bottom ash & dolomite similarly ameliorate an acidic low-nutrient soil, improve phytonutrition and growth, but increase Cd accumulation in radish, Sci. Total Environ. 753, 141902 (2021).
17. G. Ambrožić, M. Kolympadi Markovic, R. Peter, I. Kavre Piltaver, I. Jelovica Badovinac, Duško Čakara, D. Marković, M. Knez, Building organosilica hybrid nanohemispheres via thiol-ene click reaction on alumina thin films deposited by atomic layer deposition (ALD), ‎J. Colloid Interface Sci. 560 (2020).
18. M. K. Markovic, R. Peter, I. Jelovica Badovinac, I. Sarić, M. Perčić, R. Radičić, D. Marković, M. Knez, G. Ambrožić, ‘Sandwich’-like hybrid ZnO thin filmsproduced by a combination of atomic layer deposition and wet-chemistry using a mercapto silane as single organic precursor, Nanotechnology 31,185603 (2020).
19. R. Peter, K. Salamon, A. Omerzu, J. Grenzer, I. Jelovica Badovinac, I. Šarić, M. Petravić, Role of Hydrogen-Related Defects in Photocatalytic Activity of ZnO Films Grown by Atomic Layer Deposition,  J. Phys. Chem. C 124, 8861–8868 (2020).
20. I. Jelovica Badovinac, R. Peter, A. Omerzu, K. Salamon, I. Šarić, A. Samaržija, M. Perčić, I. Kavre Piltaver, G. Ambrožić, M. Petravić, Grain size effect on photocatalytic activity of TiO2 thin films grown by atomic layer deposition, Thin Solid Films 709, 138215 (2020).
21. I. Jelovica Badovinac, I. Kavre Piltaver, R. Peter, I. Šarić, M. Petravić, Formation of oxides on CoCrMo surfaces at room temperature: An XPS study, Appl.Surf.Sci. 471, 475 (2019).
22. I. Šarić, R. Peter, M.K. Markovic, I.Jelovica Badovinac, C. Rogero, M. Ilyn, M. Knez, G. Ambrožić, Introducing the concept of pulsed vapor phase copper-free surface click-chemistry using the ALD technique, Chem. Commun. 55, 3109-3112 (2019).
23. M. Vrankić, A. Šarić, S. Bosnar, D. Pajić, J. Dragović, A. Altomare, A. Falcicchio, J. Popović, M. Jurić, M. Petravić, I. Jelovica Badovinac, G. Dražić, Magnetic oxygen stored in quasi-1D form within BaAl2O4 lattice, SciRep, 9, 15158 (2019).
24. A. Omerzu, I. Šarić, I. Kavre Piltaver, M.Petravić, T. Kapun, J. Zuleb, S. Stifter, K. Salamon,  Prevention of spontaneous combustion of cellulose with a thin protective Al₂O₃ coating formed by atomic layer deposition, Surf.Coat.Techn. 333, 81 (2018). 
25. I. Šarić, R. Peter, I. Kavre Piltaver, I. Jelovica Badovinac, K. Salamon, M.Petravić, Residual chlorine in TiO2 films grown at low temperatures by plasma enhanced atomic layer deposition, Thin Solid Films 628, 142 (2017).
26. I. Kavre Piltaver, R. Peter, I. Šarić, K. Salamon, I. Jelovica Badovinac, K. Koshmak, S. Nannarone, I. Delač Marion, M.Petravić, Controlling the grain size of polycrystalline TiO₂ films grown by atomic layer deposition, Appl. Surf. Sci. 419, 564 (2017).
27. R. Peter, I. Šarić, I. Kavre Piltaver, I. Jelovica Badovinac, M.Petravić, Oxide formation on chromium metal surfaces by low-energy oxygen implantation at room temperature, Thin Solid Films 636, 225 (2017).
28. R. Peter, I. Šarić, M.Petravić, Enhanced Oxidation of Nickel at Room Temperature by Low-energy Oxygen Implantation, Croat. Chem. Acta 90, 2 (2017).
29. I. Kavre Piltaver, I. Jelovica Badovinac, R. Peter, I. Šarić, M.Petravić, Modification of molybdenum surface by low-energy oxygen implantation at room temperature, Appl. Surf. Sc. 425, 416 (2017).

Pretražni elektronski mikroskop s emisijom polja Jeol JSM-7800F s pripadajućom opremom za pripremu uzoraka u zadnjih sedam godina koristio se u ukupno 11 HRZZ projekata, dva projekta sufinancirana iz Europskog fonda za regionalni razvoj,na jednom projektu sufinanciranom iz Europskog fonda za ruralni razvoji na jednom projektu financiranog iz Europske unije – NextGenerationEU.

Najznačajniji za nas su:

1. Povećanje međunarodne vidljivosti riječkog laboratorija za pretražnu elektronsku mikroskopiju, 742.822,70 eura, 1.11.2023. – 30.6.2026., Financira Europska unija – NextGenerationEU, šifra projekta NPOO.C3.2.R2-I1.06.0083, voditeljica: I. Kavre Piltaver, suradnici: Daria Jardas Babić
2. Priprema poroznih tankoslojnih materijala za pročišćavanje vode koristeći tehniku Depozicije atomskih slojeva (ALD), 977.486,00 HRK, 10.4.2017. – 4.9.2021., HRZZ, šifra projekta IP-2016-06-3568, voditeljica: izv. prof. dr. sc. Gabriela Amboržić, suradnici: I. Kavre Piltaver, I. Jelovica Badovinac, I: Šarić Janković, R. Peter i drugi
3. Sinteza naprednih nanočestica i primjene u fotokatalizi i tekstilnim materijalima, 2.090.486,00 HRK, 1.10.2019. – 30.9.2022., HRZZ, šifra projekta PZS-2019-02-5276, voditelj: doc. dr. sc. Nikša Krstulović
4. Usporedba reparacijskog odgovora koštanog tkiva upotrebom dentina, ksenogenog biomaterijala i autologne kosti, 1.078.400,00 HRK, 22.2.2021. – 21.2.2025., HRZZ, šifra projekta: IP-2020-02-7875, voditeljica: prof. dr. sc. Olga Cvijanović Peloza, dr. med   
5. Okolišni čimbenici i mikrobiološke interakcije u strukturi dentalnog biofilma, 1.494.000,00 HRK, 22.2.2021. – 21.2.2025., HRZZ, šifra projekta IP-2020-02-4027, voditelj: Prof. prim. dr. sc. Stjepan Špalj. dr. med. dent., mag. nov
6. Mikrobiom glavate želve (Caretta caretta): uvid u epizoičke i endozoičke zajednice, 2.305.640,00 HRK, 1.3.2018. – 28.2.2023., HRZZ, šifra projekta UIP-2017-05-5635, voditeljica: izv. prof. dr. sc. Sunčica Bosak.

Pretražni elektronski mikroskop s emisijom polja Jeol JSM-7800F aktivno koriste sljedeće sastavnice i znanstveno-razvojni centri Sveučilišta u Rijeci: Fakultet za fiziku, Fakultet biotehnologije i razvoja lijekova, Tehnički fakultet, Medicinski fakultet, Fakultet za dentalnu medicinu, Građevinski fakultet, Centar za mikro- i nanoznanosti i tehnologije, Centar za umjetnu inteligenciju i kibernetičku sigurnost.
Također imamo i značajan broj korisnika na razini cijele Hrvatske. Neki od njih su znanstvenici s Biološkog odsjeka PMF-a u Zagrebu (S. Bosak, M. Gligora Udovič), Instituta za fiziku Zagreb (N. Krstulović, S. Tomić), Agronomskog fakulteta u Zagrebu (G. Ondrašek), Instituta za more i priobalje Dubrovnik (A. Car) i dr.

Ove brojne suradnje i veliki protok znanstvenika raznih profila kroz naš Laboratorij, doprinose razvoju novih ideja i rezultiraju zajedničkim radom u okviru novih projekata.
Pretražni elektronski mikroskop s emisijom polja FE-SEM igra veliku ulogu i u izobrazbi mladih istraživača. Gotovo svi studenti diplomskog studija koji su u svom diplomskom radu koristili SEM zaposlili su se u sustavu znanosti u Hrvatskoj i izvan nje te održavaju suradnju s nama (V. Sršan, V. Kisiček, R. Radičić, Š. Mandić, S. Ražnjević,…).Također, „Pretražna elektronska mikroskopija“ je kolegij na našem doktorskom studiju Fizika kroz koji se i drugi mladi istraživači upoznaju s radom SEM laboratorija.

Pretražni elektronski mikroskop se koristi već dugi niz godina u sklopu kolegija Pregled forenzičkih znanstvenih disciplina koji se izvodi na Poslijediplomskom specijalističkom studiju Kriminalističko istraživanje.

SEM uređaj se redovito koristi pri izradi diplomskih radova na studijima koji se izvode na Fakultetu za fiziku. Također, instrument se koristi za izradu doktorskih disertacija na studijima koji se izvode na Fakultetu za fiziku, Tahničkom fakultetu u Rijeci i Prirodoslovno-matematičkom Fakultetu u Zagrebu.

U zadnjih pet godina obranjene su tri doktorske disertacije:

1. Boris Mifka, Obilježja atmosfere tijekom transporta saharskog pijeska nad Jadranom, doktorska disertacija, PMF Zagreb, 2023.
2. Marko Perčić, Karakterizacija utjecajnih parametara na trenje u nanometarskom području: doktorska disertacija, Tehnički fakultet, 2020.
3. Marija Čargonja, Elementna analiza lebdećih čestica u zraku i bioloških uzoraka radnika u radionicama za obradu metala, doktorska disertacija, PMF Zagreb, 2020.

Uz navedene doktorske disertacije, izdvajamo i nekoliko diplomskih radova:

1. Antonio Borzatti, Modifikacija tankih filmova titanijevog dioksida narastanih depozicijom atomskih alojeva, diplomski rad, Fakultet za fiziku, Rijeka 2023.
2. Renato Speranza, Fotokatalitička svojstva tankih filmova cinkovog oksida dopiranih s bakrom, diplomski rad, Fakultet za fiziku, Rijeka, 2022.
3. Vinko Sršan, Optimizacija elektronske strukture tankih filmova titanijeva dioksida narastanih tehnikom depozicije atomskih slojeva za fotokatalitičku primjenu, diplomski rad, Fakultet za fiziku, 2021.
4. Vanja Baričević, Optimizacija protokola za vizualizaciju izvanstaničnih vezikula iz cerebrospinalne tekućine pacijenata s teškom ozljedom mozga na skenirajućem elektronskom mikroskopu, diplomski rad, Odjel za biotehnologiju, 2021.
5. Rafaela Radičić, Fotokatalitična svojstva cinkovog oksida pripremljenog termičkom razgradnjom celuloznog predloška, diplomski rad, Fakultet za fiziku, 2020.
6. Virna Kisiček, Fotokatalitička svojstva tankih filmova cinkovog oksida narastanim na poroznim strukturama tehnikom depozicije atomskih slojeva, diplomski rad, Fakultet za fiziku, 2019.