ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Оптические и дифракционные методы из "Высокопористые углеродные материалы" К оптическим и дифракционным методам относятся методы, основанные на взаимодействии электромагнитного излучения различной длины волны или потока частиц различной энергии с исследуемым веществом. Это оптическая и электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ (дифракция рентгеновских лучей) под обычными ( 30°) и малыми ( 5°) углами, рентгеновская микрорадиография, нейтроно- и электронография, электронная и ионная эмиссионная микроскопия (электронный и ионный проекторы). [c.24] Рассеяние рентгеновских лучей. Наряду с рентгеноструктурным анализом дисперсных материалов, базирующимся на условии Брэгга — Вульфа и позволяющим определять параметры кристаллической структуры углеродных материалов, в последнее время для исследования характера функции распределения областей неоднородности электронной плотности по размерам (радиусам инерции) в интервале от 0,7 до 150 нм все большее применение находит метод диффузного рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами [46—48]. [c.24] Рентгенограммы, полученные при рассеянии лучей под большими и средними углами относительно падающего пучка лучей, имеют четкие дифракционные линии и максимумы, различные по интенсивности, форме и положению, обусловленные разными дефектами кристаллической структуры. По положению линий может быть определен тип кристаллической решетки, расстояние между атомами в плоскости решетки и между атомными плоскостями, а по ширине линий—высота и ширина или диаметр кристаллитов (областей когерентного рассеяния). Интенсивность дифракционных линий дает воаможность судить о степени упорядоченности (совершенства) материала. По данным о межплоскостном расстоянии d можно определить Рр углеродных материалов [43]. [c.25] При рентгеноструктурном анализе наиболее интенсивное диффузное рассеяние наблюдается под очень малыми углами [47, с. 5]. Указанный метод заключается в измерении (фотографически, ионизационным датчиком) интенсивности рассеянных под малыми углами ф рентгеновских лучей по отношению к интенсивности падающего первичного их пучка. [c.25] Метод малоуглового рассеяния рентгеновских лучей был впервые применен для анализа структуры катализаторов в производстве бензинов и синтетического каучука. Основы теории и практики метода с анализом границ его применимости и достоверности получаемых результатов изложены в [46—48]. Так как метод позволяет получать характеристики дисперсности вещества и плотности упаковки областей неоднородности, а также определять значения / и 5уд указанных областей, его применение в комплексе с другими независимыми методами [49, с. 16] приобретает особое значение для исследования структуры высокодисперсных углеродных материалов. При этом вопрос о природе наблюдаемого рассеяния — истинное рассеяние или двойное отражение — для углеродных материалов решается просто, так как интенсивность двойного отражения в них на два порядка меньше наблюдаемой интенсивности (Уоррен) [46]. [c.26] Важно отметить, что на интерпретацию результатов исследования с помощью малоуглового рассеяния рентгеновских лучей влияет природа рассеивающих центров. Вопрос о природе рассеивающих центров электронной неоднородности (частица или пора) требует привлечения данных других методов или повторной съемки образца после его физико-химической обработки, например пропитки. [c.26] Для исследований структуры материалов наиболее широко используются дифрактометры марок ДРОН 1,0 и ДРОН 2,0, малоугловые камеры различных конструкций в том числе типа КРМ, рентгеновские аппараты с фотографическим способом регистрации, например типа ДРОН 1,5. [c.26] Оптическая микроскопия как метод исследования имеет существенный недостаток, а именно субъективный выбор участка исследования с точки зрения его представительности структуры материала. Однако дальнейшее развитие методов статистической обработки информации, получаемой, например, с помощью специального микроскопа с ЭВМ Квантимет , снижает этот недостаток все же проблема подготовки качественных шлифов и места их отбора остается. [c.27] Оптическая микроскопия занимает важное место в ряду методов исследования макропористой и надмолекулярной структуры углеродных материалов, она позволяет непосредственно наблюдать объект или его участок и существенно (с 0,2 мм до 0,2 мкм) расширять пределы визуального наблюдения. [c.27] Для изучения строения углеродных материалов (активные угли различной природы) метод впервые применили в начале XX в. Были выявлены различия во внешнем виде и частично в макроструктуре частиц активных углей, полученных из различного сырья, и прослежено изменение структуры исходного материала в процессе его превращения в активный уголь [10]. Для исследования структуры коксов оптическая микроскопия была применена И. И. Аммосовым. Он использовал обычный и поляризованный свет, что расширило возможности оптической микроскопии для анализа структуры углеродных материалов. [c.27] Различная отражательная способность графитоподобных слоев, произвольно ориентированных относительно падающего поляризованного света, позволяет обнаружить области с анизотропной ориентацией таких слоев и проследить за их изменениями на стадиях низкотемпературной карбонизации, коксообразования и графита-ции. Кроме того, использование оптического микроскопа позволяет определять размеры и форму пор и усадочных микротрещин, фиксируя их зарождение и развитие. [c.28] Этому способствует использование цветовых (плеохроизм) и теневых эффектов, вращение предметного столика и поляризатора и другие методические приемы. [c.28] Фотографии микроструктуры, полученные с помощью микроскопа, способствуют раскрытию механизмов формирования пористой и надмолекулярной структур, что позволяет регулировать процессы получения углеродного сырья, материалов и изделий с заданными свойствами. [c.28] Электронная микроскопия. Некоторые особенности пористой структуры находятся за пределами разрешающей способности оптической микроскопии и могут быть выявлены при использовании УФ-излучения или потока частиц (электронов, протонов). [c.28] Существенные успехи в исследовании процессов формирования структуры углеродных материалов достигнуты комплексным использованием оптической и электронной микроскопии, особенно растровой [51]. Особые условия проведения эксперимента в электронной микроскопии (действие высокого вакуума и бомбардировка электронами) практически не влияют на углеродные материалы. Наибольшие трудности отмечаются при подготовке углеродных материалов и их препарировании. При исследовании на просвет объект помещают на тонкую и прозрачную для электронов пленку (из коллодия, углерода и др.), сетку или диафрагму. Обычная диафрагма представляет собой платиновую шайбу внешним диаметром 2—3 мм и внутренним 0,1 мм, и толщиной 0,5—1,0 мм. [c.28] Часто для этих целей применяют сетку из фосфористой бронзы с отверстиями диаметром О, мм. [c.29] При подготовке объектов необходимо принимать меры для предотвращения искажения реальной структуры материала. Так, порошки диспергируют в жидкостях с низким поверхностным натяжением для уменьшения слипания и агрегации частиц или вводят их в пленкообразующие материалы. При исследовании объектов с низкой контрастностью изображения используют оттене-ние препарата тяжелыми металлами. Кроме того, применяют ультратонкие срезы, получаемые с помощью алмазных или стеклянных ножей (иногда с охлаждением материалов до температуры жидкого азота). Однако особенности структуры углеродных материалов не позволяют получать качественные срезы. Обычно они неравномерны по толщине, имеют выкрошенные участки и участки смещения и переориентации частиц и слоев. [c.29] Для исследования углеродных материалов широкое применение получил метод реплик и отчасти псевдореплик [49, 52]. При этом, как и в случае оптической микроскопии, возникает проблема получения среза хорошего качества для снятия с него реплики. Для выявления элементов структуры материала за счет их избирательного испарения, растворения, окрашивания и т. д. шлифы подвергают химическому, электрохимическому травлению растворами или с помощью электрического тока, а также окислению кислородом воздуха и обработке в солевых растворах при высоких температурах, нагреванию в вакууме и катодному травлению [51]. Из-за высокой стойкости углеродных материалов из указанных методов наиболее перспективен метод катодного травления, разработанный Г. В. Спиваком с сотр. (1953 г.) для выявления структуры различных материалов (стекло, керамика, металлы, сплавы). [c.29] На углеграфитовых материалах реплики получаются различной толщины, что снижает контрастность изображения и прочность реплики при отделении. Первое обстоятельство может затруднить интерпретацию результатов исследования. Поэтому часто используют двухступенчатую реплику, когда в качестве первичного отпечатка применяют толстые слои металла (серебро, алюминий) или полистирол, метакрилат, коллодий, а реплику с его контактной стороны готовят из кварца, углерода, металлов. Толстый и прочный первичный отпечаток отделяют от образца при помощи желатины, а на его контактную сторону напыляют вторую реплику, например, одновременным испарением углерода и платины. Затем отпечаток отмывают от желатины горячей дистиллированной водой, а первичный отпечаток удаляют растворением в кислотах. Оставшуюся реплику (С + Р1) отмывают водой, вылавливают и помещают на объектодержатель. [c.30] Вернуться к основной статье