В. А. БЫКОВ, А. Е. ЕФИМОВ
-МДТ», Москва
МЕТОДЫ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ
С УЛЬТРАДИСПЕРСНЫМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ
В докладе представлен обзор применения методов сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), таких как фазовый контраст, акустическая атомно-силовая микроскопия и др. для анализа материалов с ультрадисперсными включениями размерами от 1 нм до 10 мкм. Отдельно рассмотрены способы исследования ультрадисперсных включений в объеме материала с помощью СЗМ.
Использование методов сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) позволяет получать данные о топографии поверхности и локальных физических свойствах приповерхностного слоя материалов с пространственным разрешением порядка 1 нм. Сочетание высокого разрешения со сравнительной простотой функционирования (по сравнению, например с методами электронной микроскопии) делает СЗМ незаменимым инструментом для исследования материалов с ультрадисперсными включениями.
Существует ряд методик СЗМ, которые позволяют визуализировать и измерять не только морфологию поверхности, но и локальную жесткость различных участков исследуемой поверхности [1, 2]. К подобным методам относятся, прежде всего, метод фазового контраста, метод силовой модуляции и методы акустической или ультразвуковой атомно-силовой микроскопии [3], которые позволяют получать не только качественную, но и количественную картину распределения механических свойств образца.
Так как жесткость ультрадисперсных включений обычно значительно отличается от жесткости окружающего материала (матрицы), эти методики могут успешно применятся для анализа размеров, формы и свойств включений.
Однако в настоящее время возможности сканирующих зондовых микроскопов ограничены анализом поверхности исследуемых объектов и не позволяют изучать структуры в объеме материалов.
В последнее время возник большой интерес к методам, комбинирующим в себе возможности сканирующих зондовых микроскопов с возможностью послойного профильного анализа и последующего восстановления трехмерных изображений структуры исследуемых объектов. Сочетание подобных методик дает ряд новых возможностей для исследования ультрадисперсных включений в объеме материала.
В данном докладе мы подробнее рассмотрим методики профильного послойного анализа материалов (томографии), основанные на исследовании тонких срезов объектов и возможность их комбинации с методами СЗМ.
Тонкие срезы специально подготовленных объектов получают с помощью специализированных приборов – ультрамикротомов. Тем не менее, существующая процедура подготовки и последовательного анализа срезов с помощью электронной микроскопии достаточно сложна и продолжительна, и поэтому число проводимых данным способом исследований весьма ограничено.
Полученные с помощью ультрамикротомов срезы также не очень удобны и для СЗМ-исследований. Кроме того, при получении ультратонких срезов толщиной 10-50 нм, их структура часто искажается ножом ультрамикротома, так что объединение изображений последовательных срезов в единое трехмерное томографическое изображение становится проблематичным. Однако, в отличие от электронной микроскопии, СЗМ позволяет изучать не только срезы, но и поверхность самого объекта (блока) после срезов, что дает возможность получения серии последовательных СЗМ-изображений объекта на разных уровнях среза [4]. Мы приводим 2-х и 3-х-мерные изображения, полученные подобным методом на образцах полимера с кластерными ультрадисперсными включениями.
Список литературы
1. Сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия в электрохимии поверхности. , Успехи химии 64(С.818-833.
2. Зондовая микроскопия для биологии и медицины. и др. Сенсорные системы. Т.12. №1. 1998. С.99-121.
3. Imaging and measurements of local mechanical material properties by atomic force acoustic microscopy U. Rabe, S. Amelio, M. Kopycinska, S. Hirsekorn, M. Kempf, M Goeken, and W. Arnold. Surf. Interface Anal. 20
4. AFM of biological material embedded in epoxy resin, N. Matsko and M. Mueller, Journal of Structural Biology V.1Р.334-343.
