Архивы Материаловедение - ЭМТИОН

Получение иерархических микросфер оксида меди CuO в бытовой микроволновой печи

Иерархические микросферы оксида меди (CuO) были получены  обработкой с помощью микроволновой печи в домашнем хозяйстве. Микросферы CuO были проанализированы с помощью сканирующей электронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии, рентгеновской дифракции, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и термогравиметрического анализа. Полученные результаты показывают, что иерархические микросферы CuO имеют значение удельной поверхности по методу БЭТ (Брунауэра-Эммета-Теллера) равное 25,0 м2/г.

 

Введение

Оксид меди (CuO) является одним из наиболее распространенных электродных материалов, благодаря своей химической стабильности, нетоксичности, экономичности, применяемый при создании таких устройств, как катализаторы, биосенсоры и конденсаторы и др. Однако низкая электропроводность CuO является основным ограничением для достижения высокой производительности создаваемых устройств. Одним из эффективных решений является оптимизация микроструктуры CuO для увеличения площади поверхностного контакта между активными материалами и электролитом, а также уменьшения путей диффузии носителей заряда. В этом отношении иерархическая структура CuO особенно привлекательна для получения превосходных электрохимических характеристик. Хотя иерархические микроструктуры CuO обладают хорошими электрохимическими характеристиками, способы изготовления обычно сложны. Для их изготовления часто требуются органические поверхностно-активные вещества, специальные подложки и др. Необходим простой, эффективный и экологичный способ приготовления иерархического CuO.

В последние годы экологичный синтез наноматериалов становится очень привлекательным в связи с растущей заботой об окружающей среде. Микроволновая энергия более экологична и требует меньше энергии, чем обычные процессы нагрева. Кроме того, по сравнению с мокрым химическим методом обработки или обработки с помощью шаблонов, приготовление структур с использованием микроволновой печи имеет явные преимущества: короткое время обработки, простота в эксплуатации и проста контроля морфологии.

В описываемом эксперименте мы использовали простой микроволновый метод обработки с использованием одной емкости для изготовления иерархических микросфер CuO. Рост этой иерархической микроструктуры CuO в этой работе был выполнен в обычной бытовой микроволновой печи, в то время как другие наноструктуры CuO (из прошлого эксперимента) были изготовлены в микроволновых печах, изготовленных на заказ, которые стоят во много раз дороже, чем бытовые микроволновые печи. Кроме того, в отличие от прошлых наноструктур CuO, полученных в закрытой камере с высоким давлением, в этой работе CuO был получен при атмосферном давлении. В этом отношении наш процесс синтеза относительно прост, безопасен и недорог.

 

 Экспериментальные данные, оборудование и методика измерения

200 мл аликвоты 0,2 М раствора CuSO4 быстро заливали в 200 мл 0,8 М раствора K2CO3, а затем смешанный раствор немедленно помещали в обычную бытовую микроволновую печь (Panasonic NN-GF352MXPE). Мощность излучателя печи была установлена в 300 Вт, а время работы в микроволновой печи составляло 6 мин. Полученный твердый продукт последовательно фильтровали, промывали деионизированной водой и затем сушили при 50°C для дальнейшего измерения. Для сравнения, для получения CuO использовали стандартный метод химического осаждения. 40 мл аликвоты 4 М раствора K2CO3 добавляли по каплям в 400 мл 0,1 М раствора CuSO4 при механическом перемешивании. Осадок фильтровали, промывали, сушили и, наконец, отжигали при 250°C в течение 3 ч. Для удобства образец, приготовленный с помощью метода с использованием микроволновой печи был назван W-CuO, а образец, полученный обычным методом химического осаждения, был обозначен как H–CuO.

Измерения методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) проводили с помощью прибора JSM-7500 (JEOL, Япония). Просвечивающую электронную микроскопию (ПЭМ) проводили с помощью прибора Tecnai-G20 (FEI, США). Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) была выполнена с помощью бюджетного спектрометра Amicus (Shimadzu, Япония) с использованием источника рентгеновского излучения Mg Ka (1253,6 эВ), работающего при напряжении 10 кВ и 10 мА. Дифракцию рентгеновских лучей (РФА) проводили с помощью рентгеновского дифрактометра XR3500 (Китай) с медной мишенью CuKa (λ = 1,5418 Å). Термогравиметрический анализ (ТГА) проводили с помощью оборудования для термического анализа (STA 449F3, NETZSCH, Германия). Эксперименты проводились при скорости нагрева 10 К мин−1 при температуре в диапазоне от комнатной температуры до 500°C со скоростью потока N2 50 мл мин−1. БЭТ измерения (Брунауэра-Эммета-Теллера) удельной поверхности методом проводились при 77 К при N2 с помощью прибора ASAP2000 (Micromeritics, США).

 

Результаты измерений

Типичные изображения СЭМ показаны на рис. 1. В отличие от неправильной зернистой структуры H–CuO (рис. 1a), W–CuO демонстрирует более правильную сферическую морфологию с диаметром от 300 нм до 1 мкм (рис. 1б). На рис. 1а также показано несколько больших кластеров, которые можно ожидать при использовании метода химического осаждения, поскольку оксиды металлов, образовавшие на более поздней стадии, нарастают на наночастицы, образовавшиеся на ранней стадии. Кроме того, на СЭМ снимке с большим увеличением видны иерархические структуры в виде микросфер с вытянутым хвостиком (вставка на рис. 1б).

 

Рис. 1 СЭМ–изображения a. HCuO и b. WCuO. Вставка (b) представляет собой изображение микросфер WCuO с большим увеличением

 

Изображение ТГА, которое было использовано для исследования детальной микроструктуры, дополнительно подтверждает иерархическую сферическую морфологию W-CuO, похожую на микросферы с вытянутым хвостиком (рис. 2б). Иерархические микросферы W–CuO собраны с помощью шиповидных наностержней (рис. 2д). Изображения ТГА с высоким разрешением (ВРТГА) показывают, что случайно ориентированные нанокристаллы H-CuO имеют размер ≈7-10 нм (рис. 2е). В отличие от зернистой структуры H–CuO, W–CuO демонстрирует пластинчатую структуру, обычно наблюдаемую в некоторых 2D-материалах, таких как графен или MoS2 (рис. 2ж). Расстояние между решетками на изображениях ВРТГА составляет ≈0,25 нм, что соответствует плоскости (002) кристаллической фазы CuO.

 

Рис. 2 ТГА–изображения. a. H–CuO 500 нм; b. W–CuO 500 нм; c. H-CuO 100 нм; d. W–CuO100 нм; e. ПЭМ-изображения с высоким разрешением H-CuO 5 нм; f. W–CuO 5 нм

 

Рентгенограммы CuO, полученные на порошковом рентгеновском дифрактометре XR3500, показаны на рис. 3. Дифракционные пики могут быть отнесены к моноклинной структуре CuO (запись № 80-1916 базы данных порошковых дифракционных картин от Международного центра дифракционных данных ICDD, поставляемых с дифрактометром XR3500). Никаких характерных пиков возможных примесей, таких как Cu(OH)2 или Cu2O, не появляется, что указывает на чистоту фаз W–CuO и H–CuO.

 

Рис. 3 Рентгенограммы H–CuO и W–CuO, полученные на XR3500

 

Полные спектры РФЭС от 0 до 1000 эВ показаны на рис. 4а. Увеличение фона РФЭС можно объяснить рассеянием фотоэлектронов от ионов Cu во время переноса фотоэлектронов на поверхность CuO. Спектры Cu 2p используются для определения степени окисления Cu. Четко видны основные пики Cu 2p3/2 и Cu 2p1/2, а также соседние пики. CuO и Cu2O являются двумя полупроводниковыми фазами CuO. Наличие соседних пиков указывает на образование CuO. Однако пик Cu 2p3/2, который может быть интегрирован из любой комбинации пика Cu2O, Cu или CuO, трудно интерпретировать, поскольку Cu и Cu2O имеют почти одинаковые энергии связи. В этой ситуации пик оже-перехода LMM-2 в спектрах РФЭС, а именно 568 эВ для Cu и 570 эВ для Cu2O, обычно используется в качестве убедительного доказательства их присутствия. Мы обнаружили, что в этой области не появляется ни одного пика, что указывает на единственное существование CuO. Следовательно, согласно исследованию РФЭС Cu 2p, степень окисления Cu составляет + 2, и CuO подтверждается в качестве конечного продукта.

 

Рис. 4. РФА спектры образцов. a. Полный даиапазон РФА; b Рентгеновские спектры Cu 2p уровня; c Рентгеновский спектр O 1s уровня W–CuO; d Рентгеновский спектр O 1s уровня H–CuO

 

Спектры O 1s используются для определения поверхностного состава CuO . Пик O 1s может быть разложен на три значимых составляющих пика, которые помечены как I, II и III. Пик I может быть отнесен к кислороду из кристаллического оксида. Пики II и III возникают из поверхностных химических соединений, содержащих атомы кислорода. В частности, пик II связан с атомами кислорода в гидроксильных и карбонатных группах, тогда как пик III соответствует поглощенной поверхности вода. Сравнение интегрированной площади пика I с суммой интегрированных площадей показывает, что процентное содержание кислорода в решеточном оксиде составляет 33,6 и 45,8% для W–CuO и H–CuO, соответственно, что указывает на то, что W–CuO имеет больше поверхностных соединений, таких как гидроксильная группа и адсорбированная вода, чем H–CuO.

Два широких пика в производной термогравиметрии (ДТГ) кривая четко показывает две стадии процесса нагрева от температуры окружающей среды до 500°C (рис. 5). Первая стадия связана с испарением поверхностно-адсорбированной воды, а вторая стадия – с потерей гидроксильных и карбонатных групп. Кривые ТГА показывают, что конечные оставшиеся весовые проценты W–CuO и H–CuO составляют ≈87,13 и 95,57% соответственно. Возможная причина связана с иерархической сферической микроструктурой, благодаря которой W–CuO обладает большей площадью поверхности и, следовательно, имеет больше центров адсорбции, чем H–CuO. Кривая ТГА–ДТГ почти достигает плато при температуре более 350 ° C, что указывает на то, что как W–CuO, так и H–CuO претерпевают незначительную потерю веса в этом температурном диапазоне.

 

Рис. 5 Кривые ДТГ-ТГА для H–CuO и W–CuO

 

Метод адсорбции/десорбции азота был использован для дальнейшего исследования площади поверхности и пористости W–CuO. Профиль изотермы показан на рис. 6. Изотерма представляет собой типичную кривую IV типа. Количество адсорбированного N2 увеличивается с увеличением давления, что указывает на пористую структуру W–CuO. Расчетная удельная площадь поверхности W–CuO (25,0 м2/г) намного выше, чем у H–CuO (18,0 м2/г) и коммерческой CuO (0,1 м2/г).

 

Рис. 6 Изотермическая кривая адсорбции–десорбции N2 для W–CuO

 

Для исследования свойств переноса заряда микросфер была проведена электрохимическая импедансная спектроскопия. График Найквиста, который показывает полукруг в высокочастотной области и линию в низкочастотной области (показан на рис. 7).

 

Рис. 7 Графики импеданса Найквиста для электродов H–CuO и W–CuO

 

Полукруг может быть отнесен к кинетическому (переносу заряда) контролируемому процессу на границе раздела электрод–электролит, в то время как линия указывает на контролируемый процесс массопереноса на электроде– граница раздела. Оба графика имеют крутую линию в области низкой частоты, указывающая на то, что диффузия электролита происходит довольно быстро внутри этих двух оксидов. Тем не менее, W–CuO обладает меньшим полукругом, чем H–CuO, что позволяет предположить, что W–CuO обладает меньшим сопротивлением переносу заряда, чем H–CuO. Малое сопротивление переносу заряда W–CuO связано с пластинчатыми микроструктурами, которые могут гарантировать большую площадь электроактивной поверхности для значительной диффузии заряда.

 

Заключение 

Иерархические микросферы CuO (W–CuO) могут быть получены простым, безопасным, быстрым и недорогим микроволновым способом при атмосферном давлении. W–CuO структуры демонстрируют относительно узкое распределение по размерам по сравнению с H–CuO, полученным обычным методом химического осаждения. Благодаря ламелеобразным наноразмерным блокам микросферы W-CuO имеет более высокую площадь поверхности и, следовательно, демонстрирует лучшие характеристики переноса заряда в качестве электрода, чем H–CuO. Будущие исследования могут быть сосредоточены на применении W–CuO, а также синтезе других типов оксидов металлов.

 

Источник

Опубликовано в Micro & Nano Letters, 13 декабря 2018 года.

Автор Цзивэй Ли, Вэй Ли.

Факультет материаловедения, Тайваньский технологический университет, Тайвань.

Micro_&_Nano_Letters_2019_jun_26_vol_14_iss_7_Li,_Jiwei_Li,_Wei

Применение Рамановской конфокальной микроскопии для анализа многослойных полимерных пленок

 

 

 

Полимерные многослойные пленки играют всевозрастающую роль. Такие пленки используются, например, для защиты пищевых продуктов, а также в качестве упаковочного или изоляционного материала. Конфокальная Рамановская микроскопия (микроскопия комбинационного рассеяния) является мощным аналитическим инструментом, позволяющим проводить трехмерное картирование полимерных пленок.

Конфокальный метод обеспечивает высокую пространственную разрешающую способность и дает возможность визуализировать распределение химических компонентов в полимерных пленках. Рамановские изображения, которые отображают распределение компонентов, получаются при сканировании сфокусированным лазерным пучком определенной области образца. Спектральный профиль по глубине может быть измерен путем перемещения положение фокуса в образце.

Принцип конфокального детектирования разъясняется на Рис.1. Диафрагма малого диаметра (пинхол) не позволяет проходить на детектор рассеянному свету, идущему от точек вне фокуса.

 

 

Рисунок 1. Конфокальная схема

 

В качестве примера приведем конфокальное Рамановское изображение (XZ профиль) многослойной полимерной пленки. По глубине образца детектируются разнообразные спектры комбинационного рассеяния (Рис.2). Каждый спектр соответствует определенному химическому компоненту (слою) полимерной пленки. Исследованная пленка содержит три слоя, отмеченные цветовой кодировкой на Рамановском изображении (Рис.2).

 

 

Рисунок 2. 3D изображение полимерной пленки.

 

 

Программное обеспечение, поставляемое с микроскопом, дает возможность определять толщины слоев полимерных пленок. Толщина первого слоя на Рис.2 оценивается величиной 11 мкм, а второго — 7 мкм.

 

 

 

Заключение:

Нами показана применимость Рамановской конфокальной микроскопии для неразрушающего анализа полимеров. Имеется возможность визуализировать с высоким пространственным разрешением распределение каждого компонента в многослойных полимерных пленок.

 

 

Источник: Сол Инструментс- Возможности метода комбинационного рассеяния света

Идентификация драгоценных камней с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света

В настоящее время на ювелирном рынке существует большое разнообразие драгоценных камней. Следует отметить, что в отдельных случаях такие камни продаются с указанием неточной информации об их идентичности. Экспертиза драгоценных камней требует эффективного и легкого в использовании аналитического метода. Таковым является спектроскопия комбинационного рассеяния (рамановская спектроскопия). Среди уникальных возможностей спектроскопии комбинационного рассеяния можно назвать ее неразрушающий характер, а также пространственное разрешение на субмикронного уровне. Последнее особенно актуально в случае небольшого размера драгоценных камней, установленных в оправы ювелирных изделий. Данная работа демонстрирует возможности конфокальной спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) света для установления подлинности драгоценных камней, часто предлагаемых на рынке. Алмаз, изумруд, рубин, сапфир, жемчуг и т. п. (драгоценные камни), а также александрит, хризолит, бирюза, гранат, топаз, янтарь, коралл (полудрагоценные камни) весьма популярны и широко используемы в ювелирной промышленности. Спектры комбинационного рассеяния отдельных камней приведены на рис.1-9. Наряду с измеренными нами спектрами, на рис.1-9 помещены для сравнения рамановские спектры соответствующих материалов из спектральной базы RRUFF. Каждый из исследованных ювелирных камней имеет особый спектр комбинационного рассеяния.

 

Алмаз является самым ценным драгоценным камнем. Циркон и кубический цирконий применяются в качестве имитаций бесцветных алмазов. Данные камни могут позиционироваться недобросовестными дилерами как более дорогие бриллианты. Такие имитации весьма похожи на алмазы, но их КР спектры совершенно различны (рис.1-3). Для алмаза (рис.1) характерен интенсивный КР пик вблизи 1332 см-1 (валентное С-С колебание), который отсутствует в кубическом цирконии (рис.2) и в цирконе (рис.3). В спектре циркона наблюдается несколько пиков комбинационного рассеяния вблизи 350, 432 (Si-O деформационные колебания), 969 и 1003 см-1 (Si-O валентные колебания). Рубин, разновидность минерала корунда, является cледующим широко встречающимся драгоценным камнем (рис. 4). Стоимость рубинов в первую очередь определяется их цветом. Наиболее ценны камни красного цвета. Рубины розового, оранжевого и других оттенков дешевле. На рынке, наряду с подлинными рубинами, предлагаются также его различные имитации. В качестве имитаций могут выступать  красные шпинели и цветные стекла. Отличить имитацию от подлинного рубина позволяет КР спектроскопия.

 

 

Анализ спектров комбинационного рассеяния может также помочь распознать турмалин (рис.5)нефрит (рис.6)бенитоит (рис.7)янтарь (рис.8) от подделок. Рамановскую спектроскопию дополнительно можно применять для выяснения происхождения жемчуга – натуральный он или искусственный. У натурального жемчуга очень характерный спектр комбинационного рассеяния (рис.9).

 

Источник: Сол Инструментс- Возможности метода комбинационного рассеяния

Управление разделением фаз в тонких пленках диоксида ванадия с помощью структурирования подложек

Сильные электронно-решетчатые взаимодействия в коррелированных электронных системах предоставляют уникальные возможности для изменения свойств материалов с относительной легкостью и гибкостью. В этой статье мы используем локальное управление с помощью фокусированного ионного пучка на подложках TiO2, чтобы продемонстрировать, что можно избирательно задать температуру перехода диэлектрик-металл, фракционную составляющую диэлектрической и металлической фаз и степень оптической анизотропии вплоть до масштабов длины собственного разделения фаз в тонких пленках VO2 без изменения качества пленок. Влияние локального контроля на сильно коррелированную электронную систему визуализируется с помощью современных методов SNOM-IR методов [s-SNOM; NT-MDT NTEGRA-IR], а также рентгеновских микродиффракционных измерений.

 

FIG. 1. Эксперимент. а) образцы изготавливаются путем нанесения рисунка на подложки TiO2 (110) с помощью сфокусированного ионного пучка для получения шахматного рисунка. После нанесения рисунка на подложку, выращивается тонкая пленка VO2 (≈71 Нм). Рельеф, вызванный нанесением рисунка на подложку, локально разрушает избыточный рост VO2, образуя микроскопические области различной кристалличности. b) схематическое поперечное сечение границы раздела VO2 /TiO2, показывающее эффекты травления и структурной модификации. Рост на деформированных областях создает менее когерентную пленку VO2, поскольку различные грани кристаллов TiO2 подвергаются травлению. (в) локальные электронные фазовые переходы  образца исследуются с помощью визуализации и широкополосного спектроскопического sSNOM с разрешением ≈ 10 нм [s-SNOM; NT-MDT NTEGRA-IR]. (d) локальная кристалличность и структурный фазовый переход пленки VO2 исследуются с помощью микро-XRD с разрешением ≈ 1 мкм.

 

 

FIG. 2. Ближнепольная нано-спектроскопия и микро-рентгеновская дифракция при комнатной температуре. а) топография АСМ на краю рисунка с прямоугольными областями размером 5 мкм×5 мкм. Выделяются три различных местоположения на образце: (UP) неокрашенная область, (UE) неокрашенная область с рисунком подложки и (EP) вытравленная область с рисунком подложки. (b) профиль рельефа вдоль белой пунктирной линии в пункте (a). (c) ближнепольное изображение  при комнатной температуре, полученное при ∼10 мкм, показывает ИК-отклик той же картины, что и в (a). (d) широкополосные спектры ближнего поля (относящиеся к золоту), собранные в каждой из областей, указанных в пунктах (a) и (c), показывают сдвиг амплитуды фононов в пределах узорчатой области (кривая EP). Необработанные области (как показано кривыми UP и UE) показывают почти идентичные реакции.
Вертикальная пунктирная линия указывает на длину волны 10 мкм, на которой было собрано ближнепольное изображение (с). е) карта интенсивности μ-XRD при комнатной температуре, где для получения контраста использовалась дифракционная интенсивность моноклинного (022)м брэгговского пика. (f) зеркальное сканирование, измеренное в различных местах, обозначенных в пункте (e).

 

Источник: DOI: 10.1103/PhysRevB.96.161110

Исследование микроструктуры аустенитной нержавеющей стали с помощью детектора прошедших электронов TESCAN

Основными преимуществами сталей аустенитного класса являются их высокие служебные характеристики (прочность, пластичность, коррозионная стойкость в большинстве рабочих сред) и хорошая технологичность. Поэтому аустенитные коррозионностойкие стали нашли широкое применение в качестве конструкционного материала в различных отраслях машиностроения. Свойства стали определяются ее внутренней микроструктурой и дефектами кристаллической решетки. В настоящее время для металлографического исследования структуры широко применяются методы электронной микроскопии наряду с более традиционными методами анализа с помощью оптического микроскопа. Использование просвечивающего электронного микроскопа (TEM – transmission electron microscope) позволяет определять плотность дислокаций, дислокационных петель, анализировать выделения вторичных фаз и визуализировать поры и другие дефекты. Такие исследования проводятся как для определения механических свойств новых сплавов, так и для оценки радиационной стойкости различных материалов. Большинство современных просвечивающих микроскопов имеют возможность работать в режиме STEM (scanning TEM), в котором пучок электронов фокусируется в точку, которая перемещается по поверхности образца как точно так же, как это происходит в сканирующем электронном микроскопе. Высокое пространственное разрешение на просвечивающих сканирующих электронных микроскопах достигается за счет подготовки сверхтонких срезов материала и хорошо сфокусированного пучка электронов. Стандартный образец для просвечивающей микроскопии представляет собой диск исследуемого материала диаметром 3.05 мм, утоненного в середине химическим или ионным путём. В некоторых случаях для TEM применяются металлические сетки с плёнкой подложкой на которых размещаются исследуемые материалы. Для работы с такими образцами компания TESCAN предлагает детектор прошедших электронов, реализующий режим сканирующей просвечивающей электронной микроскопии на микроскопах серий VEGA, MIRA, LYRA и VELA.

 

Детектор прошедших электронов устанавливается на столик микроскопа и регистрирует прошедшие через образец электроны. Изображение в светлом поле формируется датчиком, расположенным непосредственно под образцом, а изображение в темном поле складывается из сигналов двух датчиков, расположенных в стороне от оптической оси. Изображение в светлом поле эквивалентно изображению, получаемому в режиме светлого поля STEM, а изображение в темном поле может давать ориентационный контраст

 

На изображении показан участок образца аустенитной нержавеющей стали после ее деформации, полученный с помощью детектора прошедших электронов в режиме светлого поля, установленного на микроскоп Mira LMU. Темные линии вдоль картинки
показывают границы отдельных зерен, а сетка мелких линий показывает дислокации,
возникающие в образце в результате его деформации.

 

 

Кроме этого детектор TE позволяет наблюдать и другие дефекты, такие как поры и выделения вторичных фаз. При выборе детектора TE как основного метода исследования структуры стали следует особое внимание уделять подготовке образцов. В связи с тем, что ускоряющее напряжение сканирующего микроскопа ограничено 30 кВ, для получения изображений высокого разрешения требуется получать достаточно тонкие образцы стали, и в некоторых случаях это может приводить к дефектам пробоподготовки, как это произошло с образцом на картинке ниже. Детектор TE обладает высокой чувствительностью, достаточной для комфортной работы на микроскопах серии Vega при токах пучка несколько пА., с возможностью исследования объектов размерами от нескольких нанометров.

 

Изображение стали детектором TE с дефектом пробоподготовки

 

Источник: http://tescan.ru/application/examples/

Автоматический поиск тонкодисперсных золотых фаз в слабо минерализованных горных породах с помощью СЭМ TESCAN с системой микроанализа AZtec Automated

При исследовании слабо минерализованных горных пород и выявлении особенностей топографии распределения в них тонких золотых фаз (а также их состава и морфологии) геологи и обогатители минерального сырья вынуждены чаще применять высоко локальные методы анализа, чем при изучении типичных золотых руд.

 

Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) в комплекте с системой микроанализа (обычно ЭДС) позволяет получать одновременно как изображение, так и локальный элементный состав каждой фазы, что дает возможность оператору однозначно установить, является ли найденное в образце породы яркое включение золотым. Так, исследовав всю доступную площадь поверхности образца и собрав ЭДС-спектры с каждой фазы, которая потенциально (по яркости на электронном изображении) может быть искомой, оператор СЭМ в итоге делает вывод о количестве золотосодержащих включений в данном образце. Очевидно, подобного рода исследования очень трудоёмки, в особенности при исследовании тонкодисперсных золотых образований, а также, если в образце, помимо золотых включений, встречаются другие минералы, яркость которых на электронных изображениях близка к яркости золота (например, галенит). Также, при поиске вручную никогда нельзя быть уверенным, что оператор обнаруђил в образце действительно все золотые фазы крупнее некоторого порогового значения. Покажем, как можно вывести задачу поиска труднообнаруђимых минералов на качественно новый уровень с помощью СЭМ, оснащенного системой автоматического поиска и анализа частиц AZtecEnergy Automated.

 

Целенаправленный поиск тонкодисперсных золотосодержащих фаз проводился в порошковой пробе, полученной от измельчения седиментолитов (на рис. 1 общий вид пробы). Проба была предоставлена В.В. Ивановым (Дальневосточный геологический институт ДВО РАН, г. Владивосток) для апробации оборудования и программного обеспечения. Работа выполнялась на сканирующем электронном микроскопе MIRA 3 LMH производства TESCAN (Чехия), оснащенном системой энергодисперсионного микроанализа AZtecEnergy Automated производства Oxford Instruments (Великобритания). Использовался программный модуль для автоматического поиска и анализа частиц AZtecFeature. Настройки автоматического поиска:

 

 

  • регистрировались все частицы, в которых концентрация золота выше предела обнаружения EDS-спектрометра;
  • минимальный размер искомых частиц 450 нм, частички золота меньше этого порогового значения игнорировались;
  • шаг сканирования электронным зондом составлял 200 нм;
  • сканировалась вся доступная площадь поверхности образца (в данном случае 55 мм2, рис. 1). Чтобы покрыть всю площадь, столик образцов автоматически перемещается от участка к участку.

 

 

На автоматический сбор данных потребовалось 2 часа, в результате система обнаружила 10 штук золотосодержащих частиц размером от 1 до 5 мкм. Поскольку автоматическое сканирование не требует присутствия оператора, было использовано ночное время. Примечательно, что эта ђе проба предварительно была исследована оператором в «ручном» режиме, и за 12 рабочих смен оператор обнаружил только 6 золотых частиц.
Обычная практика пробоподготовки для минералогического анализа на СЭМ — это изготовление аншлифа, но в данном случае образец не полировался из-за риска утери золотосодержащих частиц, а также потому, что требовалось получить нативные изображения золотых микровключений. Чтобы ярко выраженный рельеф поверхности образца не помешал бы автоматическому поиску Au-частиц, работа проводилась в режиме сканирования Depth с расширенной глубиной фокуса (запатентованная технология TESCAN), благодаря чему при перемещении столика образцов от участка к участку все поля обзора остаются в фокусе.

 

Рис. 1 – Общий вид порошковой пробы

 

 

Изображения некоторых обнаруженных золотых частиц представлены на рис. 2. Как видно, это весьма тонкое морфологически причудливое золото. Отметим, что для того, чтобы подобный автоматический поиск частиц с заранее заданными параметрами стал возможен, требуется СЭМ с прецизионным столиком образцов, который моторизован по всем координатным осям. се модели микроскопов TESCAN, кроме самой бюджетной VEGA SB, имеют столик образцов, моторизованный по всем осям; и точность воспроизведения координат столика более чем достаточна для успешной реализации данного метода.

 

Рис. 2 – Частички золота, обнаруженные в порошковой пробе.
Поиск выполнялся с помощью системы автоматического поиска и анализа частиц AZtecFeature

 

Источник: http://tescan.ru/application/examples/

Микрораман. Измерение механического напряжения в кремнии

 

Механическое напряжение может оказывать прямое или косвенное влияние на функционирование и надежность микросхем, может являться причиной различных режимов отказа, таких как:

– изменения подвижности электронов или дырок

– дислокации вблизи изолирующих областей

– трещины в сколах,

– ползучесть в металлах,

– стрессовая миграция и др.

Напряжение также может быть использован положительным образом, например, для увеличения подвижности носителей.

 

Магнитооптические, структурные и поверхностные свойства (Bi, Ga)-замещенных DyIG пленок, полученных реактивно-ионным распылением.

Зависимости магнитооптических, структурных и морфологических свойств наноразмерных (Bi, Ga) -замещенных DyIG [(Bi, Ga: DyIG)] пленок полученных методом реактивно ионного распыления на (111) GGG и (111) CMZGGG подложках, от времени кристаллизационного отжига.

 

Было установлено, что шероховатость, степень кристалличности и угол Фарадеевского вращения пленок существенно зависят от типа подложки и времени кристаллизационного отжига. Было определено минимальное время для достижения оптимального соотношения между измеренными магнитооптическими и структурными параметрами пленок. (Materials Research Bulletin 95 (2017) 115–122)