Методы анализа структур твердых тел

Анализ свойств материалов на уровне молекул, макромолекул и надмолекулярных организаций характеризуется своими особенностями. Он позволяет идентифицировать и зачастую количественно определять атомы и функциональные группы, находящиеся в поверхностном слое и также исследовать их надмолекулярную организацию.

Однако данным методам не хватает практического реализма. Это связано с тем, что технология изготовления образцов для таких исследований очень далека от реальных свойств анализируемой поверхности. Чаще всего для таких исследований специально изготавливают шлифы, т.е. полируют определенный небольшой участок площади (как правило, менее 1 мм2), который тщательным образом очищают от загрязнений.

Даже проведение большого количества повторных опытов не гарантирует получения достоверных результатов: возникающие отклонения связаны с неоднородностью поверхностей и со случайными и систематическими погрешностями эксперимента.

Если также учесть, что многочисленные аналитические методы применяются не в атмосфере окружающей среды, а в специальных условиях, например под высоким вакуумом, то становится понятна реальная значимость таких исследований. Из этого не следует, что точные методы анализа не могут быть полезны при решении практических задач, возникающих при склеивании. Мы полагаем, что знание наиболее распространенных методов анализа свойств поверхностей твердых тел позволит:

  • составлять «топографическую карту» поверхности материалов;
  • идентифицировать и определить количество загрязняющих примесей;
  • контролировать качество подготовки поверхностей перед нанесением клея;
  • анализировать характер разрушения клеевого соединения.

Методики можно условно разделить на две группы: для первых используют микроскопические методы анализа, для вторых — спектроскопические.

Микроскопические методы анализа

Оптическая микроскопия считается первым инструментом, который позволил изучать свойства твердых поверхностей. Оптические приборы имеют свои пределы чувствительности и по этой причине редко используются при анализе свойств подложек. Однако данные приборы являются достаточно распространенными и применяются в других областях науки и техники. Их применение позволяет получать информацию о качестве поверхностных слоев.

Электронная микроскопия. Образец исследуемой поверхности помещают в вакуум и направляют на него поток электронов. Если исследуют результаты первичного излучения, то в этом случае говорят о ТЕМ-микроскопии, если же анализируют эмиссию вторичных электронов, то такие методы называют SEM-микроскопией. Анализу подвергают величины электронной плотности вокруг атомов, число которых выше на поверхностной зоне. Благодаря спектроскопическим зондам можно проводить анализ не только поверхностных слоев. Данные методы обладают очень высокой чувствительностью (увеличение достигает 105 для ТЕМ-микроскопии), что позволяет использовать электронную микроскопию для анализа очень небольших количеств загрязняющих примесей. Недостатками данных методов являются очень высокая стоимость приборов и большая трудоемкость в проведении экспериментальных исследований и обработке полученных результатов.

«Механическая» микроскопия. Данная методика применяется сравнительно недавно и используется для проверки профиля поверхности на уровне атомов. Методы «механической» микроскопии постепенно находят все большее применение, что объясняется их высокой разрешающей способностью (до 0,1нм) и относительно доступными ценами. Возможно, использовать «реальные» образцы подложек и проводить исследования на воздухе (при атмосферном давлении) или даже с погружением в жидкую среду. Технология применения данного метода заключается в следующем: анализируются области на краях, близких к проверяемой поверхности, которые регистрируются в вертикальном положении в процессе горизонтальный перемещений. Используется микроскопия с туннельным эффектом (STM — растровая туннельная микроскопия). Электроны проходят через исследуемую поверхность, которая должна быть проводником или полупроводником, и по результатам составляют морфологические карты поверхности. Используют микроскопию атомного усилия (AFM — Atomic Force Microskopy) или мик­роскопию с полевым эффектом. Применение пьезокристаллических датчиков позволяет составлять морфологические карты поверхности для всех исследуемых образцов, в том числе и для изоляторов.

AFM широко применяется в качестве инструмента для анализа поверхности, поскольку позволяет получать ценную информацию о свойствах полимеров, которую нельзя получить другим методом. Недостатком данного метода является очень небольшая поверхность, которая не превышает нескольких мкм, что приводит к ошибкам в анализе полученных результатов и к сложностям в процессе идентификации состава примесей.

Спектроскопия. Следует различать методы спектроскопии, в которых все исследования выполняют под высоким вакуумом (в основу данных методов положена абсорбция), и методы, проводимые непосредственно в атмосфере окружающей среды (они основаны на поглощении электромагнитных волн).

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:

  • Кондиционер в квартире kk-k.ru.

Страницы: 1 2

Copyright © 2017 Современные технологии обработки древесины. All Rights Reserved.
При использовании материалов сайта гиперссылка на www.technologywood.ru обязательна.