Монография посвящена особенностям конструкции современных просвечивающих электронных микроскопов (ПЭМ), спектроскопии потерь энергии электронов (СПЭЭ), энергодисперсионной электроннозондовой рентгеновской спектроскопии (ЭДС), а также цифровым системам регистрации изображений, в том числе на основе цифровых ПЗС камер и системам на основе электронно-стимулированной фотолюминесценции (IP-системам), устанавливаемых на современные ПЭМ. Даны подробные описания аналитических методик и интерпретации полученных результатов.
В книге представлен новейший метод трехмерной томографии с помощью ПЭМ и метода ALCHEMI для анализа дефектов замещения в кристаллах. Также изложены прикладные методы для анализа магнитных материалов, метод электронной голографии.
В первой книге монографии известных американских специалистов изложены стандартные методы растровой электронной микроскопии и некоторые аспекты рентгеновского микроанализа. Рассмотрены особенности электронной оптики приборов, взаимодействие электронов с твердым телом, теория формирования изображения в растровом микроскопе, а также разрешение, информативность режимов вторичных и отраженных электронов, рентгеновская спектрометрия с дисперсией по энергии и длине волны и качественный рентгеновский микроанализ.
Книга представляет интерес для физиков, химиков, материаловедов, геологов, биологов и студентов соответствующих специальностей
В монографии обобщен и научно систематизирован материал, основывающийся на изучение с помощью сканирующего электронного микроскопа сотен образцов марганцевых, железо-марганцевых руд и минерализованных пород различных типов, в том числе и крупнейших месторождений, а также проявлений из Азии, Европы, Африки, Австралии, и не эксплуатируемых месторождений на дне океана, возрастного диапазона от современной эпохи до докембрия. Она базируется на совместных исследованиях специалистов РАН, Минприроды РФ, ряда зарубежных стран в 2003–2008 гг., с использованием опубликованных данных по проблеме. Впервые широко показано ультрамикроскопическое строение и текстурно-структурные особенности целого ряда, в том числе крупнейших, месторождений указанных руд, широкое присутствие в них минерализованных органических остатков, как эвкариотных, так и, особенно, бактериальных сообществ. Представлена широкая последовательная минерализация этих органических остатков путем замещения, репликации по биологической матрице, при которой сохраняются тончайшие черты строения организмов. Впервые рассмотрены причины частой пространственной ассоциации марганцевой минерализации и фосфоритов, обусловленной аналогичными условиями концентрирования. Отдельно представлены наиболее исследованные месторождений корок и конкреций на подводных горах и в глубоководных впадинах океана для дискуссионного рассмотрения условий их образования, что также позволяет наметить черты их различий и сходства с железомарганцевой минерализацией в мелководных условиях. Книга представляет интерес для специалистов в области исследования железомарганцевого оруденения, рудоносных кор выветривания и экзогенного рудообразования, а также, литологов, палеонтологов, преподавателей и студентов высшей школы. Марганцевые и железомарганцевые руды научно изучаются уже более ста лет, им посвящена весьма обширная литература, отражающая специфику взглядов различных исследователей на состав и условия их формирования, которые заметно эволюционировали за эти годы. Такие руды объединяют широкий спектр конкретных природных образований, иногда даже резко отличающихся по условиям размещения, геологическим обстановкам, строению руд, что делает необходимым рассматривать их в сравнительном плане. Определяющей целью авторов настоящей монографии являлось не последовательное детальное описание известных месторождений, проявлений или их групп, а получение новых, достаточно объективных данных об ультрамикроскопическом строении различных типов рассматриваемых руд конкретных объектов, что позволяет получить зрительную и вполне обсуждаемую, сравнимую информацию, независимую от личных представлений исследователей. Конечно, оценка и этой информации тоже будет субъективной, но более открытой и видимой для читателя. В этом, по крайней мере, часть авторов убедил их опыт изучения ультрамикроструктур других руд — фосфоритов [311], бокситов [316], золота [318], первые результаты изучения марганцевых, железомарганцевых руд [317, 320], а также опыт изучения таких руд китайскими коллегами [376]. Существенную поддержку играли данные, полученные при изучения изотопов углерода и кислорода в карбонатных разностях [178,179], которые отчасти для некоторых объектов использованы и в настоящей работе. В совокупности они привели к убеждению, что при качественном использовании сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) можно получить не только новые, но и достаточно убедительные, доказательные данные, позволяющие в определенной степени понять характер и условия формирования рассматриваемых типов руд. В работе менее широко используются методы различных видов анализов, исключая микрозондирование — изучение вещественного состава на основе получения энерго!дисперсионных спектров. Нашей целью не было изучение химического состава, как такого, поскольку в соответствующей литературе можно найти многочисленные сведения по широко известным месторождениям и проявлениям.
Of the many techniques that have been applied to the study of crystal defects, probably no single technique has contributed more to our understanding of their nature, properties, and influence on the physical and chemical properties of crystalline materials than transmission electron microscopy (ТЕМ). Although the importance of crystal defects and the use of ТЕМ for their direct observation were recognized by physical metallurgists in the early 1950s, it was at least a decade later that earth scientists responded to many of the new ideas of the defect solid state and to the power of ТЕМ. However, ТЕМ is now used extensively for the direct observation of defect microstructures in minerals and rocks, and there appears to be an increasing number of earth scientists who want to use the technique or to become more familiar with the interpretation of ТЕМ observations. This book is written for such people. However, it makes no attempt to be a practical manual of ТЕМ or a definitive text, but rather an introduction to the basic principles of the technique and of the interpretation of electron micrographs and electron diffraction patterns. As such, I hope the book will also be useful to students of materials science.
В книге обобщены новейшие достижения электронной микроскопии, в частности, приведены сведения о ее применении в минералогии. Авторы книги — наиболее авторитетные специалисты по отдельным вопросам теории, эксперимента и применения электронной микроскопии в различных областях исследований. Рассматриваются трансмиссионная электронная микроскопия высокого разрешения, высоковольтная и сканирующая электронная микроскопия, дифракция электронов, микрорентгеноспектральный анализ, теория контраста и высокого разрешения изображений, методики универсального препарирования и т. д.
Книга чрезвычайно полезна для работников лаоорато-рий электронной микроскопии вне зависимости от их профиля, минералогов, петрографов, металлургов, материаловедов, а также преподавателей, аспирантов и студентов соответствующих вузов.
Предлагаемая вниманию читателей книга примечательна во многих отношениях. Она отличается новизной и оригинальным содержанием, необычным составом авторов, что оказало определенное влияние на ее построение и характер изложения. В книге нашел отражение тот качественный скачок в развитии электронной микроскопии (ЭМ) вообще и в ее применениях в минералогии в частности, который произошел в начале семидесятых годов. Здесь собран свежий научный и фактический материал, которого пока еще нет в других книгах по электронной микроскопии,— его можно найти лишь в отдельных публикациях, рассеянных по многочисленным периодическим изданиям и сборникам последних лет.
Книга является учебным пособием по рентгеноструктурному анализу, электронографии и электронной микроскопии. В ней рассмотрена экспериментальная и расчетная методика решения задач по рентгеноструктурному анализу, электронографии и электронной микроскопии. В описании каждой работы имеются необходимые теоретические пояснения и изложен порядок выполнения задач. В приложении дан необходимый справочный материал.
Книга предназначена для студентов металлургических, политехнических и машиностроительных вузов по специальностям: металловедение, физика металлов, полупроводники и диэлектрики, физико-химические исследования, обработка металлов давлением, литейное производство и металлургия черных и цветных металлов, технология специальных материалов электронной техники. Она может быть также использована сотрудниками научно-исследовательских институтов и заводских лабораторий, работающими в области рентгеноструктурного, электронографического и электронномикроскопического анализа материалов.
Приведены необходимые для применения дифракционных методов сведения по кристаллографии. Рассмотрены теоретические основы и практическое использование дифракции рентгеновских-лучей, электронов и нейтронов для изучения структуры кристаллов н металлических материалов. Изложены принципы и применение просвечивающей, дифракционной и растровой электронной микроскопии. Описаны методы локального элементного анализа, основанные на различных видах взаимодействия быстрых электронов с веществом.
Учебник предназначен для студентов металлургических и политехнических вузов, специализирующихся в области металлофизики, металловедения и физико-химических исследований материалов. Может быть полезен инженерам-исследователям, работающим в области физического металловедения и физико-химических исследований, технологии производства и обработки металлических материа- t лов.
Развитие металлургии в настоящее время в соответствии с решениями XXVI съезда КПСС направлено прежде всего на повышение качества металлических материалов и эффективности их использования.
Исследования структуры металлов и сплавов с помощью современных дифракционных методов позволяют выявить ресурсы улучшения механических и других эксплуатационных характеристик материала. Требования практики, с одной стороны, и развитие рентгеновских и электроннооптических методов, с другой, приводят к тому, что методы анализа структуры оказываются не только методами исследования, но и методами контроля качества металлических материалов, а также технологических процессов их получения и обработки.
Курс «Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия» для подготовки инженеров-металлургов по специальностям «Физика металлов», «Физико-химические исследования металлургических процессов» и «Металловедение, оборудование и технология термической обработки металлов» включает дисциплину фундаментального характера — кристаллографию, теорию и практику методов анализа атомно-кристаллической структуры вещества — рентгенографический, электроно-графический анализы, электронную микроскопию и примыкающие к ним методы анализа элементного (химического) состава вещества, т. е. рентгеноспектральныи анализ, электронную и ионную спектроскопию.
Кристаллография изучается прежде всего как первый и основополагающий раздел физики твердого тела, знание которого является обязательным для изучения всех других курсов металлофизического цикла, начиная с курса металлографии и кончая дисциплинами специализации. Главное внимание концентрируется на вопросах структурной кристаллографии, поскольку курс в целом направлен на овладение дифракционными методами анализа для изучения структуры металлов и сплавов. В кристаллохимии рассматриваются только самые общие закономерности, достаточные для анализа типичных структур металлов, твердых растворов на их основе и некоторых химических соединений (или промежуточных фаз сплавов) либо интересных в методическом отношении (для демонстрации Кристаллографических закономерностей), либо важных с точки зрения металлургического производства.
Центральной частью курса является изучение основ общей теории дифракции на трехмерной кристаллической решетке. Все изложение ведется с помощью понятий обратной решетки, которая вводится как физическая реальность — проявление определенной группы свойств кристаллов — наряду с ранее рассмотренным понятием кристаллической решетки. Обсуждение особенностей дифракции разного вида излучений — рентгеновских лучей, нейтронов и электронов— дается как на основе феноменологического описания соответствующих физических явлений, так и на основе квантово-механической теории. <...>
В учебном пособии рассмотрены цели, задачи и принципы организации методов лабораторных исследований минералов для решения практических вопросов поисковой и технологической минералогии. Описаны методы исследования конституции (структуры и химического состава), морфологии и свойств минералов. В заключение приводится обзор методов разделения проб и выделения минеральных концентратов.
