6.1.2. Електронна мікроскопія текстильних волокон

Роздільна здатність електронних мікроскопів дозволяє вивчати тонку структуру волокон на рівні атома.

Оптична схема найпоширенішого електронного мікроскопа просвічуючого типу представлена на рис. 6.3. Оптична схема електронного мікроскопа відрізняється від оптичної схеми звичайного світлового мікроскопа тим, що всі світлові оптичні елементи замінені відповідними електричними: замість світла - електрони, замість оптичних лінз - електромагнітні лінзи.

Джерелом електронів в пучку 1 є нагріта вольфрамова нитка, негативний потенціал якої підтримується високою напругою (50, 100 кВ). Конденсорна магнітна або електростатична лінза 2 фокусує пучок електронів 3 на об'єкт 4.

Системами магнітного об'єктиву 5, проектора 6 зображення проектується на екран 7, який є металевою пластиною, покритою спеціальним складом, що світиться при попаданні на нього електронів. На екрані може бути встановлена фотопластина.

Електрони, проходячи через зразок, сильно його нагрівають, тому для виключення спотворення структури потрібна ретельна підготовка препарату. Вона полягає в приготуванні тонких плівок (до 30 нм) для підкладки досліджуваного препарату. Для вивчення поверхні волокон готують репліки-відбитки.

На відміну від електронного мікроскопа просвічуючого типу, растровий електронний мікроскоп скануючого типу BS-300, фірми Tesla (Чехія), дозволяє вивчати безпосередньо об'єкт, покритий тонкою плівкою металу (золото з паладієм, срібло і ін.), що запобігає утворенню зарядів на його поверхні.

1.- джерело електронів

2.- електростатична лінза

3. – пучок електронів

4. – вивчає мий об’єкт

5. – магнітний об’єктив

6. – проектор

7. - екран

Рис. 6.3. Схема електронного мікроскопа просвічуючого типу

Завдяки цьому виключається стадія складного препарування зразків. Проте роздільна здатність растрового електронного мікроскопа на порядок менша.

Блок-схема растрового мікроскопа BS-300 представлена на рис. 6.4.

Від електронної гармати 15 електронний промінь 14 у вигляді зонда діаметром близько 10нм проглядає пробу 1. двокаскадними котушками 13 здійснюється юстирування електронного пучка. Діаметр пучка зменшується двокаскадними конденсаторами 11 і 12, які одержують живлення від стабілізованого джерела струму 10.

Пучок електронів, пройшовши через діафрагму і замикаючий вентиль 9, потрапляє під дію системи восьмисмугового стигматора 8, двокаскадних скануючих котушок 7, пов'язаної з системою управління (розгортки 16) променя для створення растру з генератором 17. Розгортка 16 і генератор 17 включені в схему кінескопа 6. Електронний пучок переміщається по поверхні об'єкту по рядках. Результуюче зображення (растр) складається з кінцевого числа рядків. Швидкість растрування на електронному мікроскопі BS-300 може змінюватися від 1 до 500 м/с на рядок, а число рядків може складати 100, 200, 400, 800, 1600.

Рис. 6.4. Блок-схема растрового мікроскопа ВS-300:

1 - об'єкт; 10 - джерело струму;

2 - детектор; 11, 12 - конденсатори;

3 - діафрагма; 13 - котушки;

4 - стабілізатор; 14 - електронний промінь;

5 - об'єктив; 15 - електронна гармата;

6 - кінескоп; 16 - розгортка;

7 - скануючі котушки; 17 - генератор;

8 - стигматор; 18 - підсилювач.

9 - замикаючий вентиль;

Котушки об'єктиву 5 фокусують електронний промінь 14, стабілізований стабілізатором 4 через апертуру діафрагми 3 на об'єкт 1. При попаданні променя на об'єкт в результаті взаємодії електронів з речовиною об'єкту виникають вторинні електрони досліджуваної речовини, але частина електронів променя 14 відображається від об'єкту, частина поглинається, частина проходить через об'єкт.

Відображені електрони з глибини об'єкту (до 100 нм), енергія яких близька до енергії первинних електронів, також дають інформацію про будову об'єкту, створюючи контраст зображення.

Щільність вторинних, відображених, поглинених, пропущених електронів залежить від будови речовини об'єкту, від його рельєфу, що і фіксується детектором 2. Відображені електрони потрапляють у фотопомножувач, де сигнал посилюється підсилювачем 18, перетворюючим електронний сигнал в електричний. Інформація посилюється і передається на електронно-променеві трубки, покриті люмінофором з тривалим післясвіченням.

Переваги растрового електронного мікроскопа полягають в можливості змінювати кут нахилу об'єкту по відношенню до електронного променя, переміщати його в площині в двох взаємно перпендикулярних напрямах і змінювати його положення на висоті.