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棉花是花吗?扫描电镜告诉你我们看到的“棉花”其实是纤维

 发布时间:2017-12-01 点击量:4265

 

棉花是世界上zui主要的农作物之一,生产成本低、产量大,适合制作各类衣服、家具布和工业用布。棉花作为我们生活中*的东西,你想知道棉花的微观世界是什么样的吗?你知道新鲜棉花和成品棉花的微观形貌有何差别吗?(说句大实话,小编在接触飞纳电镜之前,也不知道)下面让飞纳电镜为你一层一层剖开这神秘的面纱。

 

新鲜的棉花含有一定的水分,且不导电。对于一般的扫描电镜来说,样品仓的真空度要求是比较高的,因此含水样品是不能直接观察的,往往需要进行繁琐脱水处理,或者用环境扫描电镜(ESEM)进行观察。飞纳电镜的样品仓采用低真空设计,对含水或不导电的样品可以直接进行观察。我们对新鲜的棉花不作任何处理,取一小部分样品粘在样品台上,放入飞纳电镜,直接观察。从图中可以看到新鲜的棉花为饱满的柱状结构,整齐排列。

 

图 1 新鲜棉花的扫描电镜图

 

棉花不导电,但是碳化温度非常低,高倍下容易被电子束击穿并碳化。为了观察更多的表面细节信息,需要对棉花喷金。图2是喷金后棉花的扫描电镜图,左图为新疆的棉花,右图为河北的棉花。从图中可以发现一个有趣的现象,单个棉花丝有棉花节,而且新疆棉花的棉花节要比河北的明显。棉花表面的微纤丝是呈螺旋状排布的,这里就可以大胆推测微纤丝的排列对棉花脱水后的形状有很大的影响。

 

(a)

(b)

 

图 2 (a)图为新疆棉花,(b)图为河北棉花

 

为了获得棉花的截面信息,我们用树脂包埋棉花,做成金相。可以看到单根棉花丝的壁厚为3μm左右。

 

图3 棉花截面

 

将棉花室温晾干,我们可以看到一个有趣的现象,圆柱状的棉花丝逐渐变成螺旋状(图4),这与棉花微纤丝的排列有关。上文提到过,棉花的微纤丝是呈螺旋状排列的,脱水时,棉花朝垂直于微纤丝的方向收缩,zui终形成螺旋状结构。

 

图4 脱水棉花

 

棉花丝的粗细,往往影响着棉花成品的触感与质量。棉花质量的主要指标有长度、马克隆值、含杂率、品级等。其中马克隆值是反映棉花纤维细度与成熟度的综合指标,数值越大,表示棉花丝越粗,成熟度越高。当棉花丝较细时,生长期较短,成纱截面的纤维根数多,强力高,可以纺制中棉纱。因此,对于棉花丝直径尺寸的检测有着重要的意义。我们采用飞纳电镜的纤维统计分析测量系统进行测量,这种软件可以测量从纳米到亚微米量级的纤维,数秒之内采集数百纤维的直径信息,每个数据点均经过50次测量取平均值。根据统计信息自动生成纤维直径分布柱状图,并导出数据文件。从柱状分布图,可以直观地看到所测的棉花的直径在18μm左右。

 

软件操作界面

纤维测量图片

 纤维直径分布柱状图

 

图 5 纤维统计分析测量系统测纤维直径

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