Курсовая теория на тему Исследование стеклопластиков методом сканирующей электронной микроскопии

Содержание:

Введение 3
1. Физический принцип метода сканирующей электронной микроскопии 5
2. Аппаратурное оформление метода сканирующей электронной микроскопии 10
3. Исследование методом сканирующей электронной микроскопии стеклопластика 17
Заключение 26
Список использованной литературы 28

Введение:

Электронная микроскопия – это относительно молодая технология. Если оптический микроскоп знаком человечеству уже несколько сотен лет, то первый электронный микроскоп был разработан лишь в 1931 году (а сканирующий еще позднее – в 1938 году). Хотя теоретические предпосылки к его созданию возникли чуть раньше – в 1926 году, когда немецкий физик Ганс Буш доказал влияние электромагнитного поля на движение заряженных частиц и придумал электромагнитные линзы. На сегодняшний день сканирующая электронная микроскопия используется для диагностики наноматериалов. Увеличение специального микроскопа достигает 1 000 000 крат, а разрешение измеряется в нанометрах. По сути его возможности превышают пределы классического светового микроскопа, как минимум, в 500 раз.
Необходимость в создании нового увеличительного прибора возникла, когда стало понятно, что для оптических систем существует непреодолимый предел разрешающей способности. Длина волны видимого света накладывает жесткие ограничения, поэтому наблюдать малые объекты (менее 200 нм) через световой микроскоп невозможно. Но если заменить фотоны электронами, у которых длина волны меньше, границы становятся преодолимыми. Эта идея и лежит в основе метода сканирующей электронной микроскопии.
Актуальность выбранной темы обуславливается тем, то метод сканирующей электронной микроскопии позволяет получать практически трехмерное изображение – карту местности изучаемого образца. Более того, пучок электронов способен «прощупать» и химический состав клеток. Благодаря своим возможностям метод используется в самых разных сферах: медицине, биологии, физике, электроники, а также в материаловедении при сканировании различных сложносоставных материалов, таких как стеклопластик. Для материаловедения использование метода электронной микроскопии также актуально по причине того, что без знания процессов, происходящих с материалом в ходе анализа, возможностей и ограничений методов, невозможно грамотно сформулировать задачу и интерпретировать полученные результаты.
Целью данной работы является изучение особенностей исследования стеклопластиков методом сканирующей электронной микроскопии.
Задачи работы:
• Раскрыть физический принцип метода сканирующей электронной микроскопии,
• Изучить аппаратурное оформление метода сканирующей электронной микроскопии,
• Проанализировать специфику исследования методом сканирующей электронной микроскопии стеклопластика.
Объектом исследования в данной работе является метод сканирующей электронной микроскопии.
Предмет исследования – особенности исследования стеклопластика методом сканирующей электронной микроскопии
В структуру данной работы входит: введение, основная часть, состоящая из трех глав, заключение и список использованной литературы. 

Заключение:

Исходя из рассмотренного в работе материала, можно сделать вывод о том, что современная электронная микроскопия – это совокупность методов исследования микроструктуры (вплоть до атомно-молекулярного уровня), локального состава образцов и локализированного на их поверхностях или в микрообъемах электрических и магнитных полей с помощью электронных микроскопов.
Методы электронной микроскопии для исследования структуры и свойств материалов, таких как стеклопластик, является одним из наиболее перспективных направлений развития дисциплины физических исследовательских методов.
Метод сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) применяется для характеризации структуры поверхностей материала. Взаимодействие электронов сфокусированного пучка с атомами образца может приводить не только к их рассеянию, которое используется для получения изображения в просвечивающих электронных микроскопах, но и к появлению различных вторичных явлений (вторичная электронная эмиссия, тормозное рентгеновское излучение, характеристическое рентгеновское излучение, катодолюминесценция, прохождение и поглощение электронов и т.д.), несущие информацию о свойствах поверхности материала. Энергия и глубина выхода вторичных частиц определяются их природой, свойствами материала и энергией первичных электронов. Для создания изображения в СЭМ наиболее часто регистрируются упругорассеянные первичные электроны либо вторичные электроны. В СЭМ изображение поверхности во вторичных частицах создается благодаря развертке сфокусированного пучка электронов (зонда) по поверхности исследуемого образца. Пучок требуемого диаметра непрерывно обегает некоторый участок образца аналогично лучу, обегающему экран телевизионной трубки. Электрический сигнал, возникающий при бомбардировке объекта электронами пучка, используется для формирования изображения на экране телевизионного кинескопа или электронно-лучевой трубки, развертка которой синхронизирована с системой отклонения электронного пучка. Поскольку контраст, возникающий при регистрации отраженных, т.е. упругорассеянных и вторичных электронов, в основном, связан с углом падения электронов на образец, то на изображении выявляется поверхностная структура.
Стоит отметить, что у электронной микроскопии имеются и отрицательные особенности. Электроны не могут свободно двигаться в обычной среде. Чтобы ими управлять, необходимо безвоздушное пространство (вакуум). Создание микроскопов с такими ограничениями крайне недешево. Плюс электроны чувствительны к электромагнитному полю, поэтому помещение, где установлен микроскоп, должно быть свободно от источников посторонних излучений. 

Фрагмент текста работы:

1. Физический принцип метода сканирующей электронной микроскопии

В сканирующей электронной микроскопии, как и в электронно-зондовом анализе, используется пучок электронов высоких энергий (от 5 до 40 Кв). Взаимодействие пучка электронов высоких энергий с твердой массивной мишенью приводит к процессам упругого и неупругого рассеяния на атомах мишени . При этом упругое рассеяние (изменение траектории электронов при незначительной потере энергии) происходит при взаимодействии с ядрами атомов, а неупругое рассеяние (потери энергии при незначительном изменении траектории) происходит при взаимодействии электронов падающего пучка как с ядрами, так и со связанными электронами атомов.
При возбуждении ХРИ одновременно появляются все спектральные линии (упрощенный спектр получается из-за ограниченного числа возможных переходов). Длина волны генерируемого ХРИ уменьшается с увеличением атомного номера. Регистрируя ХРИ от образца, можно определить качественный состав этого образца. Все методики количественного анализа основаны на использовании эталона известного состава.
Интенсивность пика спектральной линии зависит от рабочего напряжения, потенциала возбуждения и тока пучка. Отношение ХРИ от элемента в образце и эталоне эквивалентно концентрации этого элемента в образце . Это положение является основой количественного анализа. В сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектральном микроанализе химический анализ осуществляется путем измерения энергии и интенсивности рентгеновского излучения.