ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОКРЫТЫХ ЛАКОМ, С ПОМОЩЬЮ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ

Е.С. Синегубова (УГЛУ, Екатеринбург)

И.Г. Григоров (ИХТТ УрО РАН, Екатеринбург) grigorov@ihim.uran.ru

THE INVESTIGATION OF VANISHED WOOD MATERIAL SURFACES BY THE ATOMIC FORCE MICROSCOPE

Развитие научно-технического направления – НАНОТЕХНОЛОГИЯ, охватывающее широкий круг, как фундаментальных, так и прикладных исследований, стимулировало разработку новых экспериментальных методов изучения материалов. Наиболее информативными визуальными методами наблюдения наноструктур являются методы сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), предложенные Нобелевскими лауреатами 1986 году – профессором Генрихом Рореру и доктором Гердом Биннигом. В этом же году Биннигом был предложен, а Христианом Гербергом изготовлен первый атомно-силовой микроскоп (АСМ) [1].

Применение зондовой микроскопии позволило исследовать нанообъекты различной природы – от конденсированных сред до биообъектов. Это привело к тому, что СЗМ стали наиболее востребованными на мировом рынке таких классов приборов для научных исследований. Простота методов визуализации нанообъектов и относительно несложная конструкция СЗМ позволили многим исследовательским группам конструировать самодельные СЗМ и экспериментировать в данном направлении.

Рис. 1. Сканирующий мультимикроскоп СММ2000 завода «Протон-МИЭТ»

В данной работе приведена попытка исследования лакированной поверхности древесины (шпона) с помощью АСМ СММ 2000 (рис.1 -3).

Рис. 2. Вид атомно-силовой приставки СММ 2000

Рис. 3. Установка объекта исследования в сканер СММ 2000

Программное обеспечение СММ 2000 позволяет определить основные параметры шероховатости поверхности. На рис. 4 приведены два участка поверхности шпона размерами 38.48 х 38.48 мкм и 18.51 х 18.51 мкм, а также данные соответствующих профилей.

Рис. 4. Два участка поверхности шпона с размерами 38.48 х 38.48 мкм и 18.51 х 18.51 мкм, а также данные соответственных вертикальных профилей.

По данным рис. 4 следует, что среднеквадратичная шероховатость (R_q) равна 43.58 нм, а максимальная высота рельефа 84.45 нм для поверхности 38.48 х 38.48 мкм, и соответственно 22.62 нм и 34.56 нм для 18.51 х 18.51 мкм. По спектральным характеристикам (дифференциальной и интегральной) профиля можно сделать вывод, что количество гребней больше количества впадин, но впадины имеют большую глубину.

Рис.5. Трехмерное изображение поверхности шпона, АСМ.

На рис.5 приведено трехмерное изображение поверхности шпона размером 38.48 х 38.48 мкм. Трехмерное изображение позволяет в более наглядной форме оценить характерные особенности шероховатости поверхности.

Более подробно о разработках завода «ПРОТОН-МИЭТ» г.Зеленоград можно узнать на сайте www.zproton.ru.

Зонд (кантилевер) АСМ СММ 2000 имеет очень хрупкую конструкцию, поэтому при исследовании поверхностей с шероховатостью более ±1 мкм его легко можно сломать. Поэтому, для исследования сильно развитых поверхностей, к каким относятся поверхности деревянных деталей, наиболее пригоден СЗМ, разработанный в Технологическом институте сверхтвердых и новых углеродных материалов (ТИСНУМ) г. Троицк. Данный СЗМ «НАНОСКАН» имеет пьезорезонансный кантилевер камертонной конструкции с высокой изгибной жесткостью консоли (~5х10⁴ Н/м), что позволяет использовать его не только в качестве зонда для получения трехмерного изображения, но и в качестве нанотвердомера. Более подробную информацию о СЗМ «НАНОСКАН» можно получить, если обратиться по адресу e-mail:nanoscan@newmail.ru.

ЛИТЕРАТУРА

1. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. М.: Техносфера, 2004. – 144 с.