Влияние режимов ионно-плазменного напыления на структуру и свойства износостойких покрытий

1.4 Исследование структуры поверхности модифицированных резин 
На сегодняшний день появились приборы, позволяющие исследовать 
структуру вещества вплоть
до мезо-, микро- , наноуровня, появилось научное 
понимание как надо манипулировать этими структурами, чтобы получить тре-
буемые свойства материала и изделия, и получено множество новых материа-
лов с уникальными свойствами. Большинство новых решений в материалове-
дении тем или иным образом связаны с нанотехнологиями. Свойства нанома-
териалов, в том числе эксплуатационные характеристики, определяются их 
структурой; изучение последней является одной из важнейших задач нано-
структурного материаловедения [133].

---

42 
В последнее время бурное развитие электронной, атомно-силовой и тун-
нельной микроскопии, равно как и развитие информационных технологий, при-
вело к тому, что сегодня наблюдения за поведением отдельных атомов стали 
доступны широкому кругу исследователей. Для исследования наноматериалов 
в принципе могут применяться практически те же методы, что и для исследова-
ния обычных кристаллических материалов. Однако у наноматериалов суще-
ствует особая специфика, которая заключается в предъявлении повышенных 
требований к разрешающей способности методов, а именно возможность ис-
следовать участки поверхности образцов с размерами менее 100-200 нм.
1.4.1 Метод сканирующей электронной микроскопии 
По сравнению со световыми микроскопами использование электронного 
луча с малой длиной волны позволяет существенно увеличить разрешающую 
способность.
В настоящее время используются несколько конструкций электронных 
микроскопов: просвечивающие, растровые (сканирующие), эмиссионные и от-
ражательные. Наибольшее применение при исследованиях наноматериалов 
нашли методы просвечивающей и растровой электронной микроскопии. 
Просвечивающая электронная микроскопия дает возможность получить в 
одном эксперименте изображения с высоким разрешением и микродифракци-
онные картины одного и того же участка образца. Современные просвечиваю-
щие электронные микроскопы обеспечивают разрешение до 0,1 нм и размер 
участка, с которого снимается микродифракционная картина - до 50 нм. В связи 
с этим стали иногда употреблять термин «просвечивающая электронная микро-
скопия высокого разрешения» [134]. По полученному изображению можно су-
дить о строении материала, а по дифракционной картине – о типе кристалличе-
ской решетки.
В растровом электронном микроскопе (РЭМ) изображение исследуемого 
объекта формируется при сканировании его поверхности точно сфокусирован-

---

43 
ным (5-10 нм) лучом электронов. Такой луч часто называют электронным зон-
дом. Диаметр зонда может составлять 5-1000 нм [135, 136].
При использовании сигнала от вторичных электронов достигается 
наибольшее разрешение, так как вторичные электроны возникают в слое тол-
щиной порядка 1 нм, а зона их возникновения ограничена областью вокруг па-
дения электронного луча. Контрастность изображение несколько ниже, чем при 
использовании отраженных электронов, однако оно имеет стереометрический 
характер.
Важным достоинством растровой электронной микроскопии является со-
четание большой разрешающей способности (до 10 нм, а при использовании 
специальных катодов из гексаборида лантана – до 5 нм) с большой глубиной 
фокуса (при разрешении 10 нv она составляет 1 мкм). Это позволяет проводить 
высококачественные исследования поверхности шероховатых образцов. В ряде 
приборов вместо катода используют автоэмиссионные пушки, что позволяет 
получать очень узкие электронные лучи и доводить предельное разрешение до 
0,5 нм. Следует отметить, что предельное разрешение шероховатых образцов 
будет существенно меньше, чем гладких. 
В связи с тем, что при облучении материала электронами возникает рент-
геновское излучение в РЭМ широкое применение находит также метод рентге-
носпектрального микроанализа (РСМА). Поэтому почти для всех растровых 
электронных микроскопов предусмотрено конструктивное совмещение этих 
методов. Имеется возможность регистрировать спектры длин волн компонен-
тов рентгеновского излучения и энергий рентгеновских квантов. Это обеспечи-
вает проведение высокочувствительного (десятые –тысячные доли процента) 
качественного и количественного анализа химического состава поверхности 
изучаемого материала, в том числе в отдельно выбранной точке. Простран-
ственное разрешение РСМА составляет до 200-500 нм и сильно зависит от ка-
чества подготовки поверхности образцов.