Взаимосвязь между внешне проявляющимися свойствами материалов и их внутренним строением, страница 10

роскоп может разрешать структуры, размер деталей которых не превышает десятых долей нанометра, или десятимиллионных долей миллиметра, что примерно соответствует диаметрам атомов.

Пространственную информацию стало возможным получать с появлением растрового электронного микроскопа и нового аналитического электронного микроскопа. Последний сочетает в себе функции обычного и растрового электронных микроскопов и аналитической спектроскопии двух видов. Для получения труднодоступной информации о структуре поверхностей материалов был разработан ряд специальных микроскопов необычной конструкции. Различные методы формирования изображений дополняются новым способом получения карт электронной дифракции, которые несут в себе информацию о периодичности расположения атомов в кристаллических решетках и о других кристаллографических характеристиках.

Одним из наиболее знаменательных достижений в технике исследования материалов в последние 15 лет стало применение синхротронного излучения. Речь идет об излучении, которое возникает в ускорителях, таких, как синхротрон, когда заряженные частицы отклоняются магнитным полем. Благодаря этой особенности синхротрон является источником не только элементарных частиц, имеющих высокую скорость, но и фотонов — квантов электромагнитного излучения. Синхротроны можно использовать вместо обычных источников излучения в спектроскопии, одном из важнейших аналитических методов исследования материалов.

Спектроскопия позволяет изучать характеристические спектры излучения, возникающие в результате взаимодействия фотонов, обладающих определенной энергией, с электронами исследуемого материала. С помощью этого метода можно проводить эксперименты двух видов: основанные либо на рассеянии фотонов, либо на их поглощении. Фотоны можно «выбирать» из инфракрасной, видимой, ультрафиолетовой или рентгеновской областей спектра в зависимости от того, какая часть электронной структуры исследуется. Излучение синхротрона имеет ббльшую интенсивность и более однородную направленность, чем излучение обычных источников, поэтому чувствительность систем, оснащенных синхротронами, выше. Более того, широкий частотный диапазон (от дальней инфракрасной области до рентгеновских лучей) синхротронного излучения позволяет исследователю выбрать оптимальную для данного эксперимента энергию фотонов.

Рентгеновское излучение синхротрона можно использовать не только для спектроскопических исследований, но и для получения дифракционных картин, отображающих с высоким разрешением такие детали структуры материала, которые раньше изучить не удавалось. Эти детали независимо от того, относятся они к структуре в толще материала или на его поверхности, служат источником информации о прочности, электрических свойствах и коррозионной стойкости исследуемого материала, а также о его способности быть катализатором.

В настоящее время в США имеется семь установок, оснащенных синхротронами, причем две из них были сооружены в последние два года: одна в Висконсинском университете, которая генерирует излучение в ультрафиолетовой области, другая — в Нацио[иЛЬНОЙ лаборатории в Брукхейвене, генерирующая излучение в дальней ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра. Признавая широ кие потенциальные возможности использования синхротронного излучения, Национальная академия наук США в своем недавнем докладе, посвященном техническим средствам, необходимым для проведения исследований материалов, отметила, что первоочередной следует считать задачу создания нового синхротрона, способного генерировать рентгеновские лучи высокой энергии.