纤维分析-利用扫描电镜分析纤维的质量

由纤维制成的设备和物品越来越多地用于日常生活。纤维通常在扫描电子显微镜(SEM)中成像，它提供元素分析、高分辨率图像和在短短几分钟内自动测量数千根纤维的可能性。

然而，在某些情况下，扫描电镜成像纤维也提出了挑战，因为一些纤维的性质可能会危及分析的质量。针对这一问题，本文阐述了如何通过适当的SEM配置和样品制备来获得高质量的分析。

区分两种不同的类型是可能的纤维,人造和自然。天然纤维可分为植物纤维、矿物纤维、如石棉、动物纤维、如羊毛和生物纤维，包括蜘蛛丝、肌肉蛋白和头发。

人造纤维包括用于石化工业的合成纤维、金属纤维、光学玻璃和玻璃纤维以及由聚乙烯组成的聚合物纤维，聚乙烯被认为是最常见的用于包装的塑料。纤维可以被编织成纺织品，也可以作为无纺布存放，用于制作绝缘材料、过滤器、一次性湿巾或信封。

在这些设备和物体的生产过程中，纤维的质量检测起着非常重要的作用，其中纤维的尺寸分布和纤维直径是至关重要的参数。对于这个步骤，需要完善的分析技术来保证纤维在制造过程中的质量。例如，在过滤行业中，生产纤维纺织品的质量检查是确保过滤效率的最重要的。

导电纤维成像:什么是重要的?

导电纤维，如金属栅格，无需任何复杂的样品制备，即可在扫描电子显微镜下轻松成像。所述纤维组成的标本被设置在针根上，然后被定位在能够插入显微镜的固定器上。对于高分辨率成像，建议使用高加速电压(10 kV或15 kV)和小电流，而对于成分元素分析，大电流是理想的。图1显示了在一个规则网格中的两个金属纤维示例，使用15kv(左)和10kv(右)波束成像。

图1和2。两个金属网格的SEM图像，使用15 kV(上)和10 kV(下)梁。

非导电纤维的成像：重要的是什么？

尽管在一些情况下，成像导电样品是相对简单的，但在非导电样品中，样品制备在成功获得信息图像方面起着至关重要的作用。在一个扫描电镜实际上是通过在样品表面扫描电子束来实现的。

如果样品不导电，负电荷就会在表面堆积，导致充电效应，影响分析的质量。在样品制备过程中，可以采用几种不同的方法来限制充电的影响。

为了限制充电的影响，可以用低加速电压和低束电流对绝缘样品进行成像。然而，这种方法由于电子能量低，图像分辨率下降。在非导电纤维上涂上一层导电薄膜，可以在高加速电压下成像，这将有助于克服这个缺点。

图2显示了覆盖有10nm金薄膜的棉布的SEM显微照片，该棉布沉积在溅射涂布机的帮助下。在该示例中，没有可见的充电伪像并且保留图像的质量。然而，在某些情况下，由于纤维的3D维度，溅射的金属可能无法到达下面的纤维，因此将在电子束下充电。

还可以在低真空模式下图像非导电纤维以避免充电。显微镜室中的空气分子的存在允许电荷检测导电路径并离开样品表面。图3显示了使用带电的减小样品架，在高真空（左）和低真空（右）中拍摄的人毛的SEM图像。

在第一张照片中，充电效果表现为头发顶部表面的增光，掩盖了表面的细节。通过使用低真空模式，充电效应被消除，表面细节现在可以在第二张图片中看到。

图3。使用15 kV光束，在棉织物上涂覆10 nm金的扫描电镜图像。

图4和5。在高真空(顶部)和低真空(底部)使用带电还原样品支架拍摄的头发扫描电镜图像。

检查纤维质量:拉伸试验

在一些生产线上还需要进行拉伸测试，以检查纤维拉伸时的抗拉性。通过在扫描电镜(SEM)中进行拉伸测试，用户可以实时检查纤维是如何断裂的，或者纤维织物在外力作用下是如何拉伸的。图6显示了一张之前被10纳米金覆盖的纸条，用拉伸阶段被撕裂。

图6。利用拉伸台拉伸纸条的扫描电镜图像。

为了获得高质量的样品，用户可以遵循特定的样品制备最佳实践SEM图像．

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