Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 1 - Вест А.
ISBN 5-03-000056-9
Скачать (прямая ссылка):
86
3. Физические методы исследования неорганических веществ
чего образуются углубления. Подсчитав число таких углублений на единице поверхности кристалла, можно определить плотность дислокаций. Этот прием применяется, в частности, при изучении металлов и галогенидов щелочных металлов. Травление кристалла идет весьма интенсивно и в области границ зерен. Границы зерен, расположенные под малыми углами к направлению распространения света, видны в микроскоп в виде ряда точек выхода дислокаций.
3.2.2.2. Электронная микроскопия. Возможности электронной микроскопии чрезвычайно многообразны. Широкое варьирование степени увеличения позволяет получать самую разнообразную структурную информацию. С одной стороны, данные, полученные методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), дополняют результаты изучения текстуры и строения поверхности порошков и твердых тел методом оптической микроскопии. Разрешающая способность (глубина резкости) электронных микроскопов позволяет различать детали поверхности размером в десятые доли микрометра, причем возникающая картина отражает их трехмерное строение. С другой стороны, электронные микроскопы высокого разрешения (ЭМВР) позволяют при благоприятных обстоятельствах получать прямое изображение кристаллической решетки и изучать объекты, сравнимые по размеру с размерами атомов. В настоящее время достигнуто разрешение ^2 А. Это значит, что становится возможным «увидеть» отдельные атомы. Однако, чтобы не создалось впечатление, что с помощью ЭМВР скоро будут получены ответы на все вопросы строения вещества, необходимо подчеркнуть, что на пути достижения этой цели все еще существуют громадные трудности. И в ближайшие годы преждевременны опасения, что кристаллографы окажутся без работы.
На практике используют как просвечивающие, так и отражательные электронные микроскопы. Для проведения исследований в просвечивающем микроскопе необходимо иметь образцы толщиной не более — 2000 А. Такое жесткое ограничение объясняется тем, что электроны активно взаимодействуют с веществом и полностью поглощаются толстым слоем материала. Подготовка объектов исследования весьма трудоемка, особенно если не удается изготовить тонкую пленку. Например, в случае поликристаллических керамических веществ использование таких методов утонынения материалов, как бомбардировка ионами, не всегда приводит к удовлетворительным результатам. Существует также опасность, что бомбардировка ионами может приводить к модифицированию структуры изучаемого твердого тела или к избирательному воздействию на различные участки поверхности.
3.2. Обзор методов исследования твердых тел
87
Одно из возможных решений этой проблемы заключается в использовании сверхвысоковольтных электронных микроскопов (напряжение ~1 МВ). В таком случае можно использовать более толстые образцы, так как электронный пучок обладает большей проникающей способностью. Кроме того, уменьшается обратное отражение электронов, и достигается более высокое разрешение. Другим выходом из этого положения является растирание твердого образца в тонкий порошок. В таком случае по
СЭМ
ЭМВР оптичес^кий_м_икроскоп
ПЭМ____ нев^ор)^енн^ж_г71аз
1А ЮА 100А 1000 А 1мкм Юмкм 100мкм 1мм
0,1м км 0,1мм
Разрешение (логарифмическая шкала)
Рис. 3.4. Рабочие области применения различных электронных микроскопов. ПЭМ — просвечивающий электронный микроскоп; ЭМВР — электронный микроскоп высокого разрешения; СЭМ — сканирующий электронный микроскоп.
крайней мере хотя бы некоторые частицы будут иметь требуемую толщину, что позволит изучать их на -просвет.
При использовании отражательных электронных микроскопов не возникает проблемы толщины образца. Поэтому нет необходимости применять особые методы их препарирования. Однако обычно следует напылять на образец тонкий слой металла (особенно если исследуемое вещество плохо проводит электрический ток), чтобы электрический заряд не скапливался на поверхности. Основным типом отражательных электронных микроскопов является сканирующий микроскоп (СЭМ). Разрешающая способность СЭМ перекрывает всю область от нижнего предела разрешения оптического микроскопа (от 1 мкм) до верхнего предела разрешения просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) (до 0,1 мкм). Фактически с помощью СЭМ можно проводить исследования даже в более широкой области: от 10~2 до 102 мкм. На рис. 3.4 приведены рабочие области применения различных типов микроскопов.
Многие СЭМ и ПЭМ снабжены различными дополнительными приставками, позволяющими, например, проводить элементный анализ состава образца. Назовем некоторые современные аналитические приборы, работающие в комплексе с
88
3. Физические методы исследования неорганических веществ
электронными микроскопами: электронный микроаиализатор, электронный зонд, аналитический электронный микроскоп и др. Процедура изучения материалов с помощью электронного микроскопа сводится к тому, что образец помещается в микроскоп и подвергается воздействию пучка электронов высокой энергии. При этом в исследуемом веществе происходят различные изменения (рис. 3.5), в результате чего, в частности, может наблюдаться испускание рентгеновского излучения. Каждый из элементов, входящих в состав образца, имеет свой характери-
