В Томском политехническом университете модернизирован сканирующий (растровый) электронный микроскоп сверхвысокого разрешения, входящий в систему центра коллективного пользования вуза. С его помощью можно исследовать морфологию и состав структурных элементов широкого класса материалов с разрешением до 1 нанометра. Модернизация позволила сократить время проведения исследований и повысить качество результатов.
Работает сканирующий электронный микроскоп в учебном корпусе ТПУ № 10. Все работы по модернизации, проводившиеся на средства субсидии Минобрнауки России, уже завершены.
«Этот микроскоп японского производства приобретен ТПУ в 2008 году в рамках проекта ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии», но до сих пор он остается единственным прибором в ТПУ, позволяющим исследовать проблематичные образцы наноструктурных материалов с нанометровым разрешением. Это реализовано за счет двух особенностей — непревзойденной однородности электронного пучка и возможности работы на экстремально низких ускоряющих напряжениях. Ближайший прибор с такими параметрами от того же производителя находится в Москве, а модели аналогов с подобными характеристиками уже не выпускаются ни данным производителем, ни его конкурентами», — говорит старший научный сотрудник научно-образовательного инновационного центра «Наноматериалы и нанотехнологии» ТПУ Эдгар Двилис.
Этот микроскоп позволяет ученым увидеть, какие структурные элементы присутствуют в создаваемых ими материалах, как они распределены по поверхности и связаны с ней и друг с другом. С его помощью в ТПУ изучают, например, нанопористую керамику и мембраны, наночастицы, нановолокна и нанотрубки, нанокристаллиты в пленках покрытий. При этом одновременно с морфологическим анализом материала можно проводить элементный, чтобы выяснить, из каких химических элементов он состоит.
В процессе анализа сфокусированный пучок электронов взаимодействует с материалом. Продуктами этого взаимодействия являются вторичные, или отраженные, электроны, именно их улавливают специальные детекторы из каждой конкретной точки поверхности образца при ее сканировании тончайшим электронным пучком. На основе этого формируется полная картина поверхности материала в заданной области.
«В процессе модернизации на микроскоп была установлена более современная вакуумная система, которая позволяет быстрее готовить прибор к работе, существенно сокращая общее время анализа. Также микроскоп оснастили инфракрасной видеокамерой. С ее помощью оператор может наблюдать, что происходит в камере образцов, и манипулировать ими «не вслепую», не оказывая никакого влияния на результаты анализа. Кроме того, была приобретена установка для ионной очистки поверхностей образцов от углеродных загрязнений, существенно влияющих на качество анализа. Установка ионной очистки универсальная, поскольку предназначена для пробоподготовки образцов не только сканирующего, но и просвечивающего электронного микроскопа сверхвысокого разрешения — еще одной уникальной установки, также находящейся в арсенале ТПУ», — поясняет Эдгар Двилис.
Планируется, что в 2021 году модернизация просвечивающего и сканирующего микроскопов продолжится. В частности, для сканирующего электронного микроскопа запланировано приобретение современной производительной системы энергодисперсионного элементного анализа с высоким энергетическим разрешением, повышающей качество результатов анализа и не требующей ресурсозатратного охлаждения жидким азотом. А просвечивающий электронный микроскоп планируется дооснастить новой высоковакуумной системой и комплектом более совершенных держателей образцов для расширения списка материалов, допустимых для анализа.
Справка:
Томский политех в 2020 году прошел отбор Минобрнауки РФ на предоставление субсидии на обновление приборной базы. Предполагается, что в ближайшие пять лет университет получит около 500 млн рублей на модернизацию научного оборудования и закупку нового. В первый год вуз получил почти 114 млн рублей. Основной покупкой стал рентгеновский фотоэлектронный спектрометр.