7.1.2. Електронна мікроскопія текстильних волокон

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

1. – джерело електронів;

2. – електростатична лінза;

3. – пучок електронів;

4. – об’єкт, що вивчається;

5. – магнітний об’єктив;

6. – проектор;

7. – екран.

Рис. 7.3. Схема електронного мікроскопа просвічувального типу

Оптична схема найпоширенішого електронного мікроскопа просвічувального типу наведена на рис. 7.3. 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 високим (50, 100 кВ). Конденсорна магнітна або електростатична лінза 2 фокусує пучок електронів 3 на об'єкті 4, що вивчається

Системами магнітного об'єктива 5, проектора 6 зображення проеціюється на екран 7, який являє собою металеву пластину, покриту спеціальним складом, що світиться при попаданні на нього електронів. На екрані може бути встановлена фотопластина.

Електрони, проходячи крізь зразок, сильно його нагрівають, тому для запобігання спотворенню 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 просвічувального типу, растровий електронний мікроскоп скануючого типу BS-300 фірми Tesla (Чехія) дозволяє вивчати безпосередньо об'єкт, покритий тонкою плівкою металу (золото з паладієм, срібло та ін.), що запобігає утворенню зарядів на його поверхні. Завдяки цьому виключається стадія складного препарування зразків. Проте розрізняльна здатність растрового електронного мікроскопа на порядок менше.

Блок-схема растрового мікроскопа BS-300 наведена на рис. 7.4.

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

Пучок електронів, пройшовши крізь діафрагму і замикальний вентиль 9, потрапляє під дію системи восьмисмугового стигматора 8, двокаскадних скануючих котушок 7, пов'язаної з системою управління (розгортки 16) променя для створення растра з генератором 17. Розгортка 16 і генератор 17 входять до схеми кінескопа 6. Електронний пучок переміщується по поверхні об'єкта по рядках. Результуюче зображення (растр) складається із скінченої кількості рядків. Швидкість растрування на електронному мікроскопі BS-300 може змінюватися від 1 до 500 м/с на рядок, а кількість рядків може становити 100, 200, 400, 800, 1600.

Рис. 7.4. 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 - замикальний вентиль;

Котушки об'єктива 5 фокусують електронний промінь 14, стабілізований стабілізатором 4 через діафрагму 3 на об'єкт 1. При попаданні променя на об'єкт у результаті взаємодії електронів з речовиною об'єкта виникають вторинні електрони досліджуваної речовини, але частина електронів променя 14 відбивається від об'єкта, частина поглинається, частина проходить крізь об'єкт.

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

Густіння вторинних, відбитих, поглинених, пропущених електронів залежить від будови речовини об'єкта, від його рельєфу, що і фіксується детектором 2. Відбиті електрони потрапляють у фотопомножувач, де сигнал посилюється підсилювачем 18, який перетворює 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'єкта по відношенню до електронного променя, переміщати його в площині в двох взаємно перпендикулярних напрямах і змінювати його положення на висоті.