Практикум по химии и физике полимеров - Кузнецов Е.В.
Скачать (прямая ссылка):
Ріис. 7.7. Схематическое изображение устройства колонны микроскопа просвечивающего типа:
1 — катод; 2 — фокусирующий электрод; 3 — анод; 4—конденсорная линза; 5 — образец (реплика); 6 — объективная линза; 7 — апертурная диафрагма; 8 — проекционная линза; 9 — экран.
ПО
роны, рассеянные в пределах апертурного угла, формируют увеличенное изображение объекта. Затем электроны проходят проекционную линзу, создающую конечное изображение образца на экране, покрытом флуоресцирующим веществом, например сульфидом кадмия. Использование способности последнего светиться под действием ударов электронов приводит к получению видимого изображения на экране. Фокусировка потока электронов и построение с его помощью изображения осуществляется посредством электрических и магнитных полей, обладающих осевой симметрией. Такие поля обеспечиваются применением электронных линз.
7.6.2. Приготовление образцов
Исследование структуры полимеров с помощью электронных микроскопов можно проводить непосредственно на образцах полимера, приготовленных в виде ультратонких срезов, или на специально изготовленных образцах для растровых микроскопов (прямые методы), либо на слепках-репликах с поверхности полимера (косвенные методы). Применение !косвенных методов вызвано разрушением полимера в электронном луче, что искажает картину структурного рельефа, кроме того, применение косвенного метода позволяет получить высокое разрешение (до 0,3 нм). В то же время косвенные методы трудоемки и требуют специальной подготовки поверхности полимера.
Подготовка поверхности. Подготовка поверхности образца часто яівляется необходимым условием получения надежной информации о морфологии полимеров. Для подготовки поверхности твердых полимеров обычно применяют химическое травление (травление растворителем, агрессивными средами) и обработку в газовом разряде.
Химическое травление не является универсальным методом выявления структуры полимеров ввиду того, что не для каждого исследуемого соединения удается подобрать необходимый травящий агент/При нанесении агента на поверхность возможно набухание внутренних слоев, перекристаллизация и изменение структурного рельефа материала. Проникновение агента на значительную глубину в полимер приводит к почти одинаковой скорости разрушения кристаллических и аморфных областей.
Обработка полимеров в плазме газового разряда и особенно в безэлектродной плазме является более корректным способом выявления структурного рельефа полимеров. При создании определенных условий (рабочая среда, частота и энергия электромагнитных колебаний) в камере между электродами возникает высокочастотный газовый разряд. Установлено, что средняя энергия наиболее подвижных частиц плазмы газового разряда составляет 4—8 эВ. Значение энергии диссоциации химических связей в углеродном скелете изменяется в пределах от 2,6 до 8 эВ (исключение составляет С===С-связь, энергия диссоциации которой равна 10 эВ).
Ul
І Рабочф
Энергия и концентрация электронов подбираются с учетом природы полимера.
Таким образом, механизм травления в газовом разряде можно представить как результат деструкции макромолекул на осколки под воздействием активных частиц плазмы, энергия которых должна быть сравнима с энергией химической связи скелетных атомов.
Измерение энергетических характеристик активных частиц плазмы в разрядной камере в виде вольт-амперной характеристики можно осуществлять методом двойного зонда.
Если отводить образовавшиеся продукты деструкции, то можно обнажить глубинные слои полимерного образца, т. е. испарять поверхностные слои материала, минуя его жидкое состояние. Наличие деструкции можно установить по изменению массы образца в процессе к ^^//^травления, изучением продуктов дест-мстеме^уКияку методами газовой хроматографии или масс-спектроскопии.
В процессе обработки полимера в плазме газового разряда поверхность образца почти не нагревается, что устраняет возможность искажения структуры поверхностных слоев полимера. Структурный рельеф проявляется за счет разности скоростей деструкции кристаллич-ных и аморфных участков полимера, обусловленной различием в их плотностях. Элементы структуры проявляются более четко, так как высота неровностей может достигать десятков нанометров, что легко регистрируется электронно-микроскопическим методом.
При недостаточно высокой скорости отвода продуктов деструкции, чрезмерно высоких энергетических характеристиках активных частиц плазмы или по другим причинам возникающие радикалы и ионы могут рекомбинировать на поверхности полимера, сшивать макромолекулы или образовывать ионный слой. Это может повлечь за собой нежелательный разогрев поверхностного слоя полимера или вызвать явления, в конечном. итоге приводящие к получению артефактов препарирования.
Установка для травления полимеров (рис. 7.8) состоит из генератора высокочастотных колебаний, вакуумного агрегата и разрядной камеры. В качестве энергетического блока, питающего высокочастотный разряд, может быть использован любой генератор высокочастотных колебаний от 1 МГц и выше и выходной мощностью 30—200 Вт. Желательно, чтобы связь генератора с разрядной
