Недостатки и ограничения, особенности применения ПЭМ

Для начала отметим недостатки просвечивающего электронного микроскопа. Материалам требуется особая подготовка перед непосредственными исследованиями, поскольку необходимо изготавливать образец такой толщины, чтобы электроны в достаточной степени проходили сквозь него. Исследуемые образцы могут быть расположены только на графене – углеродном наноматериале в один атом толщиной, что обеспечит достаточную пропускную способность. Поле зрения ПЭМ является ограниченным, что не позволяет сделать оценку всей поверхности образца. В случае с биоматериалами велика вероятность нанесения повреждений образцу.

Далее рассмотрим ограничения по разрешению. Разрешение ПЭМ зачастую ограничивается сферическими и хроматическими аберрациями. Новое поколение корректоров уже позволяет преодолеть значительную часть сферических аберраций. Программное обеспечение для коррекции сферических аберраций позволило получить изображение атома углерода в алмазе с достаточно высоким разрешением. Раньше этого сделать не удавалось, поскольку межатомное расстояние составляло 0,89 ангстрем (89 пикаметров, 1 ангстрем = 100 пикаметров = 10^-10м). Увеличение в этом случае составляло 50 миллионов раз. Способность определять расположение атомов в материалах сделал ПЭМ незаменимым инструментом для нанотехнологий, для научных исследований и разработок во многих областях, в том числе и в области гетерогенного катализа, а также в области разработки полупроводниковых приборов для электроники и фотоники.

Наконец рассмотрим применение просвечивающей электронной микроскопии. Если растровая электронная микроскопия может объяснить, как произошло разрушение в исследуемом материале изделия, как металлическая поверхность детали откликается на термопластическое воздействие внешней среды, то просвечивающая электронная микроскопия может объяснить, почему это происходит, как этому способствует структурно-фазовое состояние материала.

Метод просвечивающей электронной микроскопии позволяет изучать внутреннюю структуру исследуемых металлов и сплавов, в частности:

♦ определять тип и параметры кристаллической решетки матрицы и фаз;

♦ определять ориентационные соотношения между фазой и матрицей;

♦ изучать строение границ зерен;

♦ определять кристаллографическую ориентацию отдельных зерен, субзерен;

♦ определять углы разориентировки между зернами, субзернами;

♦ определять плоскости залегания дефектов кристаллического строения;

♦ изучать плотность и распределение дислокаций в материалах изделий;

♦ изучать процессы структурных и фазовых превращений в сплавах;

♦ изучать влияние на структуру конструкционных материалов технологических факторов (прокатки, ковки, шлифовки, сварки и т. д.).

Все перечисленные выше задачи постоянно встречаются в практической деятельности исследователей металлов и сплавов. Главной из них является задача выбора материала конструкций с заданными механическими свойствами, такими, чтобы готовая конструкция смогла стабильно работать в условиях дальнейшей ее эксплуатации. Эту задачу можно решить только совместными усилиями кристаллографов, металловедов и технологов. Успех ее решения зависит:

♦ от правильного выбора металла основы с нужным типом кристаллической решетки (ОЦК, ГЦК) – это область кристаллографии;

♦ от легирования и термопластической обработки металла с целью формирования в нем заданной структуры – это область металловедения;

♦ от разработки технологических процессов изготовления конструкции – это область технологии.

Задача создания сплава с заданными механическими свойствами подразумевает создание материала с нужной внутренней структурой, поскольку практически все механические свойства являются структурно-чувствительными. Все без исключения изменения свойств металлов и сплавов в глубинных или поверхностных слоях – это отклик на изменение их внутреннего строения на макро-, микро- и наноскопическом уровнях.

Изучение микротопографии поверхности и внутренней структуры конструкционных материалов является одним из наиболее эффективных приложений мощных современных и быстро развивающихся методов растровой и просвечивающей электронной микроскопии.

ЛЕКЦИЯ №6-7