Электронно-микроскопическое исследование

Благодаря своей волновой природе поток электронов, встречая на своем пути дифракционную решетку или какое-либо другое препятствие, подвергается, так же как луч света, дифракции.

При этом остается справедливым уравнение (189), в котором длина волны обратно пропорциональна массе и скорости электронов и определяется по уравнению

(191)

где V — напряжение ускоряющего поля в в.

При скоростях электронов, соответствующих обычным напряжениям поля в установках для электронно-микроскопических и электронографических исследований (30—100 кв), длина волны λ = 0,07 - 0,04А для электронов на один-два порядка меньше длины волны рентгеновских лучей, обычно используемых в практике, т. е. от λ р.л. ≈ 2.28А до λ р.л. ≈ 0,2А.

Дифракционная картина, получающаяся в результате отражения кристаллом пучка электронов, совершенно аналогична картине, которую мы имеем при дифракции рентгеновских лучей.

Это открывает аналогичные возможности для исследования кристаллических веществ с помощью электронографа, в режиме которого может работать электронный микроскоп. Преимуществами электромонографии перед рентгенографией являются: а) возможность исследования химических соединений, содержащих элементы с малым атомным весом, в том числе водород, литий и др.; б) исследование очень тонких пленок; в) большая скорость съемки и т. д.

Так как волны электронных лучей во много раз короче световых то увеличения, достигаемые в этом приборе, значительно превосходят получаемые в обычном световом микроскопе.

В настоящее время имеются электронные микроскопы, позволяющие получать изображения предметов, поперечные размеры которых лежат в пределах 5—106А.

Источником электронов служит так называемая электронная пушка, в поле высокого напряжения (50—100 кв) которой под вакуумом порядка 10—4 — 10-5 мм рт. ст. нагревается тонкая вольфрамовая нить (0,01 мм).

Поток электронов проходит через узкую диафрагму, после чего конден-сорной электромагнитной или электростатической линзой 1 проектируется объект С (рис. 108). Выйдя из объекта С, электронные лучи проходят объективную и проекционную электромагнитные или электростатические линзы 2 и 3, служащие для получения электронного изображения исследуемого объекта. В плоскости этого конечного изображения помещают флуоресцирующий под действием электронов экран или фотографическую пластинку.

С помощью несложных приспособлений получают картину дифракции электронов. Измерение расстояний между кольцами и их относительной интенсивности на электронограмме (которая имеет тот же вид, что и рентгенограмма порошка) позволяет только идентифицировать исследуемые вещества. Этот метод обладает существенными преимуществами по сравнению с рентгенографическим. При значительно менее мощной аппаратуре и во много раз меньшей экспозиции, исчисляемой секундами и долями секунды, электронограмма может иметь более резкие линии, чем рентгенограмма.

Это объясняется более интенсивным действием на фотографическую эмульсию и возможностью более совершенной монохроматизации пучка электронных лучей по сравнению с рентгеновским.

Некоторые специфические свойства электронного пучка ограничивают область его применения. Дело в том, что он подвергается значительно более интенсивному рассеянию и поглощению, чем пучок рентгеновских лучей. Вероятность упругого столкновения электрона с атомом в 107 раз больше аналогичной вероятности для рентгеновского луча. Поэтому для получения интенсивной картины дифракции электронных лучей достаточными оказываются несколько поверхностных слоев кристалла, в то время как рентгеновские лучи для той же цели требуют десятков и даже сотен слоев.

В связи с интенсивным рассеянием и поглощением пучка электронов первыми слоями вещества эти лучи способны проникать в вещество лишь на весьма небольшую глубину, а поэтому для исследования с помощью дифракции электронов удобны кристаллики величиной 10-6 — 10-5 см, тогда как для рентгеновских лучей — 10-3 — 10-1 см.

Поэтому электронные лучи применяют лишь для исследования поверхностей тонких (например, окисных) пленок и кристаллических веществ, образующих тонкие чешуйки [571—576].

 

Содержание