ГОСТ Р 54597—2011
25
основано на детектировании вторичных электронов, испускаемых поверхностью образца после ее об-
лучения пучком первичных электронов. По полученному изображению может быть получена топологиче-
ская информация, при этом на контрастность изображения больше всего влияет ориентация образца по
отношению к падающим электронам и детектору вторичных электронов. Обратное рассеяние первичных
электронов пучка также может быть использовано при формировании изображений. Поскольку вероят-
ность обратного рассеяния связана с атомным номером, в этом режиме формирования изображений
может быть получена качественная информация о химическом составе поверхности образца.
Взаимодействие между электронами и образцом может быть использовано для получения количе-
ственных характеристик частиц различными способами. Характеристическое рентгеновское излучение,
испускаемое атомами в возбужденном состоянии, и его ослабление в образце обычно используют при
анализе с помощью ТЕМ и SEM для определения элементного состава вещества методом EDX. Он дает
возможность получить информацию об элементном составе частиц в объеме и неоднородности их со-
става [75], [76]. При использовании SEM пространственное разрешение ограничено объемом вещества
образца, рассеивающего электроны, и невозможно получить информацию о пространственном распреде-
лении с разрешением менее 1 мкм. Однако изменение объема вещества, рассеивающего электроны, при
увеличении разности потенциалов может быть использовано для получения информации об элементном
составечастиц, находящихсянаповерхностиобразцасразрешениемдесятковнанометроввглубину [77].
Пространственное разрешение ТЕМ определяется диаметром электронного пучка. В STEM или в
сочетании TEM/STEM диаметр электронного пучка может быть значительно меньше 1 нм, что позволя-
ет получать информацию об элементном составе частиц с высоким пространственным разрешением.
Однако интенсивность рентгеновского излучения быстро убывает при увеличении объема анализируе-
мого вещества, из-за чего методика недостаточно чувствительна при анализе частиц малого размера.
При использовании ТЕМ количественное определение энергетических потерь электронов пучка
может быть использовано для получения различных характеристик образца. Количественно энергети-
ческие потери связаны со многими свойствами образца и могут быть использованы для исследования
его элементного состава, атомной структуры и электронных свойств. В простейшем виде EELS ис-
пользуют для определения элементного состава образца по соответствию характеристических линий
полученного спектра возбуждениям электронов на внешних энергетических уровнях, характеристиче-
ским для элементов [78]. В отличие от EDX чувствительность EESL значительно больше для более
легких элементов. Пространственное разрешение определяется шириной применяемого электронного
пучка, диаметр которого может составлять менее 0,2 нм при анализе с помощью STEM. Метод EELS
значительно более чувствителен по сравнению с EDX при анализе небольших частиц, поскольку де-
тектируется значительно большее число взаимодействий между электронами пучка и образцом. Это
делает метод идеальным для определения состава наночастиц. Однако часто количественный анализ
спектров усложнен, а интерпретация данных не настолько проста, как в EDX.
EDX и EELS можно использовать для получения диаграммы распределения элементов в образце.
Изображения формируются на основе специальных сигналов EDX или EELS, отображающих располо-
жение атомов элементов и способствующих идентификации частиц конкретного химического состава.
Методика в целом трудоемка, поскольку для получения изображения необходимой контрастности тре-
буется длительное время сбора или формирования изображений.
6.5.3 Анализ одиночных частиц с помощью сканирующего силового микроскопа
Развитие методов SPM привело к появлению новых методик формирования изображений нано-
частиц. Во всех методах используют тонкий зонд, с помощью которого осуществляют растровое ска-
нирование поверхности. Положение зонда над поверхностью (или на ней) контролируют с помощью
ряда сигналов обратной связи, используемых также для получения контрастного изображения на под-
соединенном растровом дисплее. В первых установках, созданных для реализации метода SPM, ис-
пользовался туннельный ток электронов между токопроводящим образцом и зондом, подвешенным на
расстоянии нескольких десятых долей нанометра над поверхностью образца, для отображения релье-
фа поверхности при субнанометровом разрешении (STM). В более поздних разработках реализовано
взаимодействие между образцом и зондом за счет сил Ван-дер-Ваальса (AFM), что позволяет полу-
чать изображение образцов, не обладающих электрической проводимостью. Использование других
механизмов получения обратного сигнала привело к разработке ряда новых методов формирования
изображений в SPM, в том числе магнитной силовой микроскопии, поперечно-силовой микроскопии,
микроскопии сдвиговых сил и сканирующей оптической микроскопии в ближнем поле. Все эти методы
могут работать при различных условиях окружающей среды, в том числе при атмосферных условиях,
при
погружении
в
жидкость
и
в
вакууме.