Confotec® MR520 – 3D сканирующий конфокальный компактный микроскоп-спектрометр комбинационного рассеяния
Междисциплинарные исследования на субмикронном уровне:
- Конфокальная микроскопия комбинационного рассеяния
- Компактная модульная система
- Широкий спектральный диапазон (UV, VIS, IR)
- Высокая чувствительность
- Высокая временная и температурная стабильность
Алмаз является очень твердым материалом, и это определяет его широкое применение в качестве покрытий инструментов для резки или шлифования.
Для повышения производительности инструментов с алмазным покрытием нужны методы анализа образцов, имеющие высокое пространственное разрешение. Спектроскопия комбинационного рассеяния и фотолюминесцентная спектроскопия являются хорошими кандидатами для таких измерений из-за их высокой чувствительности к структурным несовершенствам алмаза.
Спектр комбинационного рассеяния свободного от механических напряжений алмаза содержит острый пик вблизи 1332 cм-1 (Рис.1a). Полная ширина пика на половине его максимума равна приблизительно 1.7 cм-1. Любые отклонения от указанных выше идеальных параметров могут свидетельствовать о присутствие механических напряжений в алмазе.
В дополнение к спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) широкополосный фотолюминесцентный пик (Рис.1b) показывает наличие NV центры окраски. Интенсивность пика зависит от концентрации дефектов в кристаллах алмаза.
Данные прикладные записки посвящены анализу алмазных инструментов методами спектроскопии комбинационного рассеяния и фотолюминесценции, используя Confotec® MR520 микроскоп (SOL instruments). Исследованный инструмент включал алмазные зерна, зафиксированные на функциональной части посредством связующего материала. Размеры алмазных микрокристаллов варьировались в пределах 15-25 мкм. Изображения инструмента (150×150 мкм) на длинах волн, соответствующих комбинационному рассеянию алмазной линии и NV фотолюминесценции, показаны на Рис.2. Из приведенных экспериментальных данных следует, что алмазные микрокристаллы гомогенно распределены вдоль рабочей поверхности инструмента (Рис.2а). Вариация интенсивности пика NV фотолюминесценции (Рис.2b) указывает на различное содержание дефектов в алмазах. Некоторые микрокристаллы отличаются малым содержанием дефектов. Такие кристаллы отмечены белыми штрихпунктирными кружками на изображении Рис.2.
Дополнительный детальный анализ инструмента (его область размером 70×70 мкм) приводится на Рис.3. Результат измерений на данной области подобен предыдущему: распределение алмазных зерен по рабочей поверхности инструмента является однородным (Рис.3a,b), а концентрация дефектов в микрокристаллах алмазов значительна (Рис.3d). Позиция алмазного пика в спектре комбинационного рассеяния (Рис.3c) указывает распределение механических напряжений в различных алмазных зернах. Красный цвет на карте механических напряжений (Рис.3c) соответствует микрокристаллам с напряжениями сжатия. Такие микрокристаллы алмаза отмечены на Рис.3 штрихпунктирными кружками.
Заключение: Мы продемонстрировали, что Confotec® MR520 (спектроскопия комбинационного рассеяния, фотолюминесценция) может с успехом использоваться для анализа инструментов с алмазными покрытиями.
Дата публикации: 2 декабря 2013
Рис.1. Спектры комбинационного рассеяния алмазов с размерами около 20 (a) и 70 мкм (b). Спектры комбинационного рассеяния возбуждались лазером с длиной волны 532 нм. Широкополосная фотолюминесцентная особенность на последнем рисунке ассоциируется с дефектами в алмазе.
Рис.2. Анализ инструмента с алмазным покрытием: (a) вариация интенсивности пика комбинационного рассеяния с волновым числом 1332 1/см; (b) фотолюминесцентная карта, размер области сканирования 150×150 мкм.
