7.1.2. Электронная микроскопия текстильных волокон.

Разрешающая способность электронных микроскопов позволяет изучать тонкую структуру волокон на уровне атома.

Оптическая схема наиболее распространённого электронного микроскопа просвечивающего типа представлена на рис. 7.3. Оптическая схема электронного микроскопа отличается от оптической схемы обычного светового микроскопа тем, что все световые оптические элементы заменены соответствующими электрическими: вместо света - электроны, вместо оптических линз - электромагнитные линзы.

1 - источник электронов;

2 - электростатическая линза;

3 - пучок электронов;

4 - изучаемый объект;

5 - магнитный объектив;

6 - проектор;

7 - экран.

Рис. 7.3. Схема электронного микроскопа просвечивающего типа.

Источником электронов в пучке 1 является нагретая вольфрамовая нить, отрицательный потенциал которой поддерживается высоким (50, 100 кВ). Кондерсорная магнитная или электростатическая линза 2 фокусирует пучок электронов 3 на изучаемом объекте 4.

Системами магнитного объектива 5, проектора 6 изображение проецируется на экран 7, представляющий собой металлическую пластину, покрытую специальным составом, светящимся при попадании на него электронов. На экране может быть установлена фотопластинка.

Электроны, проходя через образец, сильно его нагревают, поэтому для исключения искажения структуры требуется тщательная подготовка препарата. Она заключается в приготовлении тонких пленок (до 30 нм) для подложки исследуемого препарата. Для изучения поверхности волокон приготавливают реплики-отпечатки.

В отличие от электронного микроскопа просвечивающего типа, растровый электронный микроскоп сканирующего типа BS-300, фирмы Tesla (Чехия), позволяет изучать непосредственно объект, покрытый тонкой пленкой металла (золото с палладием, серебро и др.), что предотвращает образование зарядов на его поверхности. Благодаря этому исключается стадия сложного препарирования образцов. Однако разрешающая способность растрового электронного микроскопа на порядок меньше.

Блок-схема растрового микроскопа BS-300 показана на рис. 7.4.

Рис. 7.4. Блок-схема растрового микроскопа ВS-300:

1 - объект; 10 - источник тока;

2 - детектор; 11, 12 - конденсаторы;

3 - диафрагма; 13 - катушки;

4 - стабилизатор; 14 - электронный луч;

5 - объектив; 15 - электронная пушка;

6 - кинескоп; 16 - развертка;

7 - сканирующие катушки; 17 - генератор;

8 - стигматор; 18 - усилитель.

9 - запирающий вентиль;

От электронной пушки 15 электронный луч 14 в виде зонда диаметром около 10 нм просматривает пробу 1. Двухкаскадными катушками 13 осуществляется юстировка электронного пучка. Диаметр пучка уменьшается двухкаскадными конденсаторами 11 и 12, которые получают питание от стабилизированного источника тока 10.

Пучок электронов, пройдя через диафрагму и запирающий вентиль 9, попадает под действие системы восьмиполосного стигматора 8, двухкаскадных сканирующих катушек 7, связанной с системой управления (развертки 16) луча для создания растра с генератором 17. Развертка 16 и генератор 17 включены в схему кинескопа 6. Электронный пучок перемещается по поверхности объекта по строкам. Результирующее изображение (растр) состоит из конечного числа строк. Скорость растрования на электронном микроскопе BS-300 может изменяться от 1 до 500 м/с на строку, а число строк может составлять 100, 200, 400, 800, 1600.

Катушки объектива 5 фокусируют электронный луч 14, стабилизированный стабилизатором 4 через апертуру диафрагмы 3 на объект 1. При попадании луча на объект в результате взаимодействия электронов с веществом объекта возникают вторичные электроны исследуемого вещества, но часть электронов луча 14 отражается от объекта, часть поглощается, часть проходит через объект.

Отраженные электроны с глубины объекта (до 100 нм), энергия которых близка к энергии первичных электронов, также дают информацию о строении объекта, создавая контраст изображения.

Плотность вторичных, отраженных, поглощённых, пропущенных электронов зависит от строения вещества объекта, от его рельефа, что и фиксируется детектором 2. Отраженные электроны попадают в фотоумножитель, где сигнал усиливается усилителем 18, преобразующим электронный сигнал в электрический. Информация усиливается и передаётся на электронно-лучевые трубки, покрытые люминофором с длительным послесвечением.

Достоинство растрового электронного микроскопа заключается в возможности изменять угол наклона объекта по отношению к электронному лучу, перемещать его в плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях и изменять его положение на высоте.