Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




15.09.2020


15.09.2020


15.09.2020


04.09.2020


03.09.2020


03.09.2020


21.08.2020


05.08.2020


05.08.2020


05.08.2020





Яндекс.Метрика
         » » Электронная микроскопия и дифракция минералов

Электронная микроскопия и дифракция минералов

24.10.2017

Для исследования упоминавшихся типов превращений необходим прибор, который мог бы обеспечить увеличение, требующееся для наблюдения за ходом превращения в очень мелком масштабе (в идеале - до масштаба элементарной ячейки) и для получения сведений о структуре наблюдаемого участка. Идеальным для этих целей является просвечивающий электронный микроскоп, и его применение в минералогии за последнее десятилетие во многом способствовало нашему пониманию процессов, протекающих в минералах.
Образец минерала, предназначенный для исследования под просвечивающим электронным микроскопом, должен быть достаточно тонким, чтобы сохранять прозрачность для электронов. Для 100 кВ-микроскопатолщина образцов должна быть доведена до 0,05-0,5 мкм, в зависимости от плотности минерала. Обычно это достигается путем ионной бомбардировки тонких чешуек минерала или фрагментов обычного прозрачного шлифа. Другой способ заключается в простом дроблении отдельных зерен минерала, при котором можно получить достаточное количество обломков с удобными острыми сколами. После прохождения через образец электронный пучок фокусируется соответствующей оптической системой и образует изображение на флуоресцирующем экране или фотопластинке. Схематическое изображение просвечивающего электронного микроскопа показано на рис. 1.4.


Хотя мы здесь не намерены вдаваться в подробности электронно-микроскопического метода, но поскольку эта книга иллюстрирована большим количеством электронных микрофотографий, то, чтобы суметь интерпретировать хотя бы простейшие из них, необходимо сказать несколько слов о происхождении наблюдаемого сильного контраста. Проходя через тонкую фольгу кристаллического образца, электронный луч может испытывать дифракцию. На рис. 1.5 показано, как такая дифракция создает контраст изображения. Лучи, испытавшие дифракцию, с помощью апертурной диафрагмы исключаются из участия в формировании изображения. Следовательно, те части кристаллической фольги, которые способны вызывать дифракцию, т. е. удовлетворяют условию Брэгга для дифракции, благодаря потере части лучей будут выглядеть более темными. Этот эффект иллюстрируется электронной микрофотографией тонких полисинтетических двойников в кубаните (рис. 1.6). Одна из систем двойниковых полосок находится в положении, вызывающем более сильную дифракцию, и наблюдается в виде более темных пластин. Это-изображение светлого поля, так как оно образуется с использованием только неоткло-ненного луча. Можно также сформировать изображение, используя любой из дифрагировавших лучей. Это будет темнопольное изображение. В данном случае светлыми получаются только те участки кристалла, которые дифрагируют, создавая отклоненный луч. Такой способ позволяет получить ценные сведения об очень тонких прорастаниях фаз, а также о дефектах структуры.

Тонкая фольга обычно не бывает совершенно плоской, так что в то время как определенные участки кристалла дифрагируют сильно, другие участки совсем не дифрагируют. Это приводит к появлению на изображении широких контрастных полос, так называемых контуров изгиба. Здесь также темные места соответствуют тем участкам, где дифракция отклонила электронный луч от отверстия апертурной диафрагмы. В связи с различной толщиной фольги образуется контраст другого типа. При этом возникают каймы, во многом сходные с полосами оптической дифракции в пленках. Такие каймы в тонком образце рутила показаны на рис. 1.7.
Любая структурная или химическая неоднородность в кристалле будет видоизменять наблюдаемый на изображении контраст. Конкретные примеры будут описаны в ходе изложения материала. Теория контраста, применимая к таким случаям, представляет собой отдельную область, исследования в которой никак нельзя считать законченными. Некоторые ссылки можно найти в списке литературы в конце главы.
Дифракционная картина содержит информацию о структуре образца. Все дифрагированные лучи фокусируются на задней фокальной плоскости объектива, как показано на рис. 1.8. Каждый дифрагированный луч отражается от одной системы плоских сеток образца, которая удовлетворяет условию Брэгга, и получающаяся в результате дифракционная картина может быть использована для определения кристаллографической ориентировки и межплоскостных расстояний в минерале. Чтобы наблюдать эту дифракционную картину на экране, нужно лишь сменить проекционный объектив Р15 увеличив его фокусное расстояние настолько, чтобы сфокусировать изображение на заднюю фокальную плоскость объектива. В фокальную плоскость объектива помещена небольшая диафрагма, ограничивающая участок образца, на котором наблюдается дифракция, как показано на оптической схеме (рис. 1.8).
Структурные изменения, которые могут происходить в минерале при его превращении, вызовут изменения его дифракционной картины, и возможность наблюдать ход таких преобразований на экране, так же как и по дифракционной картине от выбранных участков изображения, представляет собой одно из крупных достижений электронной микроскопии в исследовании поведения минералов. Для получения точной структурной информации о положении отдельных атомов можно применять другие дифракционные методы, более пригодные для количественных исследований, например дифракцию рентгеновских лучей или потока нейтронов. Каждый метод имеет свои преимущества, так же как и многие другие физические измерения, которые могут быть выполнены на минерале, но так как просвечивающая электронная микроскопия за последнее время оказала наибольшее влияние на исследования поведения минералов, здесь мы будем ссылаться почти исключительно на этот метод.