Электронные микроскопы ИРНИТУ позволяют проводить уникальные исследования в металлургии, нефтехимии и недропользовании

02 декабря 2015 года//Наука

Передовое оснащение научно-исследовательской  лаборатории электронной микроскопии Физико-технического института (ФТИ) ИРНИТУ позволяет решать самые современные задачи в области изучения физико-химических свойств вещества. Сотрудники лаборатории имеют успешный опыт сотрудничества с научными институтами СО РАН и предприятиями различных отраслей экономики. Исследования проводятся в области нанотехнологий, катализа, металлургии, недропользования, оптоволоконной связи, нефтепереработке и др.


Научным руководителем лаборатории является начальник отдела инновационных технологий ФТИ Виктор Кондратьев. Технический руководитель - ведущий инженер отдела синтеза наноструктур Сергей Колесников.

Как сообщил сотрудник лаборатории, аспирант кафедры машиностроительных технологий и материалов Николай Иванчик, совокупность приборного оборудования в составе сканирующего электронного микроскопа, просвечивающего электронного микроскопа и пробоподготовки уникальна по имеющимся возможностям и не имеет аналогов на территории от Восточной Сибири до Дальнего Востока.


«Мы изучаем физико-химические свойства вещества при помощи электронной сканирующей микроскопии с разрешением до 5 нанометров (нм), ионного травления с низким уровнем повреждения вещества, системы энергодисперсионного анализа элементного состава вещества, системы дифракционного анализа параметров кристаллической решетки вещества.


Сканирующий электронный микроскоп JIB 4500 с несколькими пучками для обработки образцов (препарирования) и наблюдения оснащён растровым электронным микроскопом, в котором используется электронная пушка с эмиттером из гесаборида лантана, обеспечивающая высокое разрешение и длительный срок её эксплуатации. Кроме того, микроскоп имеет устройство с ионным пучком для травления (испарения) фрагментов образцов с высоким разрешением и большой скоростью обработки.

В лаборатории решаются самые разные задачи – от определения состава частиц, которые образуются в процессе выплавки алюминия и улавливаются системами газоудаления, до нахождения изменений в модифицированных образцах чугуна. С помощью сканирующего электронного микроскопа изучаются как металлические образцы, так и диэлектрики.  

Существует возможность получения изображения в нескольких режимах. Например, широко используется  режим вторичных электронов, когда мы можем с наибольшим разрешением   наблюдать рельеф поверхности, ее структуру.  Применяя ионную пушку, мы получаем более высокую четкость картинки,  чем в предыдущем случае. Кроме того, можно манипулировать с образцом вещества прямо в камере - разрезать его ионным пучком и наглядно рассмотреть слои, убедиться,  что частица является полой, или наоборот.


Режим обратно отраженных электронов  несет в себе информацию об атомном строении вещества. Мы можем увидеть, в каком именно месте находятся вещества с большим порядковым номером по  таблице Менделеева (они  выглядят более светлыми)», - сообщил Н. Иванчик.


Он также рассказал о возможностях просвечивающего электронного микроскопа. Просвечивающий электронный микроскоп Tecnai™ G² F20 обладает  отличными характеристиками формирования изображений в режимах ПЭМ, СПЭМ и наноанализа, сверхвысоким вакуумом, высокой пространственной когерентностью, полной линейкой пробоподготовки, информационным пределом < 0,12 нм и увеличением 25x–1,000 kx (ПЭМ) 150x–230 Mx (СПЭМ).

Эффективность приборов повышается наличием анализаторов EDS (энергодисперсионный рентгеновский спектрометр).


«Для работы на втором микроскопе требуется более тщательная подготовка образца – очень тонкий слой, чтобы электроны могли его пробить насквозь. Здесь мы можем рассмотреть атомную структуру вещества. Применение просвечивающего электронного микроскопа имеет более фундаментальный, научный характер», – пояснил Н. Иванчик.

В  лаборатории электронной микроскопии выполняются работы по проекту «Разработка технологии охлаждения анодных газов на электролизерах с обожженными анодами» в рамках ведомственной программы НИОКР ОК «Российский алюминий».  


«Большой объем исследований мы проводим для РУСАЛа, где ведется модернизация производства. Например, в лаборатории изучается состав, размер, структура  частиц, которые улавливаются системой газоочистки алюминиевых заводов.

Ведутся работы в рамках госзадания Минобразования  по переработке красного шлама (отход производства глинозема, из которого выплавляется алюминий). В частности, речь идет об  извлечении редкоземельных  металлов из красного шлама – ванадий, скандий и др. В настоящее время не существуют единой рентабельной технологии, и мы активно ее разрабатываем,  используя данные микроскопы.


Еще одно интересное исследование сотрудники лаборатории проводили для компании ООО «БайкалСвязьЭнергоСтрой». Заказчику необходимо было узнать, из каких элементов состоят импортные зажимы, которыми крепится оптоволоконный кабель. У руководства компании возник вопрос,  можно ли их заказать у отечественного производителя. Мы руководствовались тем, что материалы с памятью формы при температурных изменениях возвращаются в исходное состояние, если даже были повреждены. Сотрудники лаборатории изучили предоставленный  образец и выяснили, что слой одного вещества покрыт цинком, а по толщине покрытия смогли определить технологию изготовления.  По итогам исследования была опубликована научная статья в журнале «Вестник ИРНИТУ».

Также к нам обращаются химики завода катализаторов ОАО «АНХК», где активно используются цеолиты –  класс веществ, которые являются молекулярными фильтрами. По размерам пор в цеолитах и толщине поверхности (или слоя)  мы определяем, какие вещества задерживаются в цеолитах.

Кроме того, лаборатория сотрудничает с Институтом земной коры и Институтом геохимии СО РАН», - рассказал аспирант.

Ученые ИРНИТУ заинтересованы в расширении списка партнеров и готовы предложить  высокотехнологичные  услуги промышленным предприятиям и научным организациям региона. Так, например, с помощью электронной микроскопии можно провести анализ  структуры любого  металла (размер зерен) в микронном масштабе. А режим картирования, позволяющий определять точное местоположение элементов  в предоставленном  образце, может быть интересен горнообогатительным предприятиям.




Вернуться