双壳类壳的全面EBSD研究

图1。后期电子的二级电子图像。

多年来，天然壳样品的结构吸引了物质科学家以及生物科学领域的研究人员的极大兴趣亚博老虎机网登录^[1]。引起这种兴趣的原因是，贝壳具有远远超过其组成矿物的物理特性：珍珠结构的母亲或“ nacre”，特别是包含微小的，互锁的aragonite片剂（Orthorhombic Caco）₃）被有机基质膜分离，如图1所示

与单一后晶体晶体相比，Nacre具有出色的强度。研究人员正在模仿这种结构，以创建类似类型的高强度材料。亚博网站下载后片片的厚度与可见光的波长相似（例如〜500 nm），这导致了nacre的特征性虹彩，但在有效表征微观结构方面面临着相当大的挑战。

在过去的10年中，EBSD已成为检查生物矿化结构（例如软体动物壳（例如蜗牛和牡蛎），鸡蛋壳，甚至是化石结构）的常规方法^[2，3]。但是，这些应用中的大多数涉及研究相对粗糙的方解石（三角形可可）₃）易于分析的结构。相比之下，后期nacre非常细粒度，对梁也很敏感，因此，只有很少的已发表研究证明了Nacre层的有效EBSD表征。一个这样的分析^[4]结果表明，需要低光束能量有效地分析NACRE，从而揭示了以100 nm测量的步骤尺寸在8 kV加速电压下获得的方向图。虽然低光束能量的EBSD技术的空间分辨率大大增强，但通常以信号为代价。即使在基于CCD的敏感EBSD探测器的情况下，衍射模式的收集也需要长时间的暴露时间。成功测量Nacre结构的关键是每个点的低光束能量以及低电子剂量。

这可以通过减少收集每个EBSD图案的曝光时间或减少电子束电流（例如，通过使用较小的点尺寸或孔径）来实现。无论哪种情况，都必须具有敏感的EBSD检测器。

本文展示了开创性的方式对称^®探测器基于定制开发的CMOS技术，将高灵敏度与出色的速度相结合，使其成为分析具有挑战性，对光束敏感和细粒度结构（例如Aragonite Nacre）的首选探测器。该文章还显示了从软体动物Mytilus Edulis壳中的方解石和aragonite之间的界面的定期分析获得的结果，通常称为公共贻贝。

实验细节

贻贝壳的一部分首先安装在环氧树脂中，然后磨碎并抛光以进行EBSD分析，最后完成5分钟的胶体二氧化硅抛光。使用大约约5 nm的碳将样品覆盖，然后使用导电AG涂料，将样品接地到适当的SEM存根。然后，在12 kV加速电压下工作的场发射枪SEM中研究了壳的横截面，并且在15毫米的工作距离下，梁电流约为7.5 na。接下来，使用对称性EBSD检测器以312 x 256像素的分辨率收集EBSD图案。最终收集了两个地图 - 第一张地图是使用80 nm步长的1508 x 680测量的80 nm步长收集的，相机暴露为3 ms（以每秒330个模式索引），第二个摄像机的曝光在1093 x 1413的网格上的步长为60 nm，相机暴露为2.5 ms（以每秒395个模式索引）。索引命中率分别为97.7％和96.7％，进行较小的处理以取消错误的指数和未索引的像素。

结果

区域1

图2总结了区域1的结果。图2a中所示的相位图揭示了该位置在aragonite和方解石之间边界的不规则性质。图2b显示了方向图，表明方解石具有极强的质地，而在各个Nacre层中，aragonite具有高达5 µm的域。此外，后代边界的不良取向分布在约53°和64°的不良方向上表现出明显的峰值：这些峰与aragonite三胞胎孪晶有关，其晶体学旋转围绕方向。

在图2b中，双边界以黄色和红色表示，分别占后岩中高角度边界的11.3％和37.7％。

图2A。区域1相图：方解石 - 蓝色，后者 - 红色。

图2b。IPF方向图，显示灰色的黑色和低角度边界的高角度边界。在文石中，特殊边界以红色（63.8°<001>）和黄色（52.4°<001>）标记。

图2C。迷失方向的彩色地图，突出了两个阶段的小方向颜色。

迷失方向的着色方案（图2C）用于突出两个阶段的方向的轻微变化。这清楚地显示了NACRE（“降压性”）中的片剂结构以及方解石内部的扇贝子粒子（“棱镜方解石”或“ ostracum”层）。

图3更清楚地显示了该数据集中可用的纳米级微结构信息，这表明在方解石 - 阿拉贡界面处的大数据集的一小部分。此处的数据删除了错误隔离的索引像素，但否则没有随后的过滤。界面本身的错综复杂的结构也很明显。

图3A。图案质量图1区域的一小部分。

图3b。IPF方向图，显示灰色的黑色和低角度边界的高角度边界。在文石中，特殊边界以红色（63.8°<001>）和黄色（52.4°<001>）标记。

区域2

区域2中的Nacre层通常较窄（通常为300 - 600 nm），需要较小的测量步长为60 nm。图4显示了结果，该结果再次证明了这两个阶段中的复杂细节：除了靠近方解石和aragonite之间界面的宽阔的后层外，随着该界面的接近，Nacre层的宽度还原。

图4a显示了图案质量图，显示了在分析过程中的样品稳定性，甚至是最复杂的结构的精细分辨率。如图4b所示，方向图突出了后nacre中存在的双边界的丰度，以及方解石中的主要方向。

图4A。区域2的图案质量图。

图4b。IPF方向图，显示灰色的黑色和低角度边界的高角度边界。在文石中，特殊边界以红色（63.8°<001>）和黄色（52.4°<001>）标记。

在极图中说明了这两个阶段的方向（图5）。另外，图5清楚地显示了方解石的近节晶体性质，以及在北方层中{001}的极强对准 - 一种含有含量的有据可查的质地。

图5A。散射的极图显示了{0001}，{11-20}和{10-10}的杆子。

图5b。散射的极图显示了{100}，{010}和{001}的杆子，在区域2中的aragonite中。

结论

由于碳酸盐矿物质的光束敏感性和NACRE中的层层尺度，基于EBSD的壳结构分析特别困难。在已发表的文献中，只有很少的对后期nacre的成功研究，而那些几乎绝对需要的全面分析后数据过滤的文献才能揭示Nacre层的复杂结构。

本文证明了极端敏感性和高级高速的结合基于对称CMOS的EBSD检测器为研究生物矿化样品提供了技术突破。这里描述了两个示例，其中对公共贻贝（Mytilus edulis）中的方解石 - 阿拉贡界面进行了大面积，并以亚100 nm的分辨率进行了研究。可以在少于3 ms的情况下收集和索引出色的衍射模式，从而实现具有非损害的索引命中率的无损害分析。结果阶段和方向图突出了这些壳中的复杂结构，并对这些非凡材料中的孪生，微纹理和详细结构提供了更好的理解。亚博网站下载

参考和进一步阅读

1. Mayer，G。（2005）。亚博老虎机网登录科学，310，44-47
2. Schmahl W.W.等。（2009）。粒子和粒子系统表征，25，474-478
3. Perez-Huerta，A。等。（2008），《矿物学杂志》，72，563-568
4. Griesshaber，E。等。（2013）。Acta Biomaterialia，9，9492-9502

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