第4-透射電鏡樣品制備

1、2.2 透射電子顯微鏡的樣品制備透射電子顯微鏡的樣品制備 1、TEM對(duì)樣品的要求：對(duì)樣品的要求：o1）薄，厚度小于）薄，厚度小于200nm；o2）直徑直徑3mm圓片。圓片。o2.2.1 2.2.1 引引 言言o1）粉末試樣：）粉末試樣： 主要用于粉末材料的主要用于粉末材料的形貌觀察形貌觀察、顆顆粒度的粒度的測(cè)定及測(cè)定及結(jié)構(gòu)與成分分析結(jié)構(gòu)與成分分析等；等；2 2、主要制備方法及目的、主要制備方法及目的2）表面復(fù)型和萃取復(fù)型：）表面復(fù)型和萃取復(fù)型： 金相組織觀察金相組織觀察、斷口形貌、斷口形貌、形變形變條紋；條紋；第二相形態(tài)第二相形態(tài)、分布和結(jié)構(gòu)分布和結(jié)構(gòu)等；等；3）薄膜試樣：）薄膜試樣：o 樣品

2、內(nèi)部的組織、結(jié)構(gòu)、成分、樣品內(nèi)部的組織、結(jié)構(gòu)、成分、位錯(cuò)組態(tài)和密度、相取向關(guān)系等。位錯(cuò)組態(tài)和密度、相取向關(guān)系等。 TEM的樣品制備方法:o 支持膜法支持膜法 復(fù)型法復(fù)型法 晶體薄膜法晶體薄膜法 超薄切片法超薄切片法 高分子材料必要時(shí)還要: 染色 刻蝕2.2.2 支持膜法o粉末試樣多采用此方法。o將試樣載在支持膜上，再用銅網(wǎng)承載。o支持膜的作用是支撐粉末試樣，銅網(wǎng)的作用是加強(qiáng)支持膜。 常用的銅網(wǎng)直徑為常用的銅網(wǎng)直徑為3mm，孔，孔 徑徑約有數(shù)十約有數(shù)十m支持膜法支持膜法o1）要有相當(dāng)好的機(jī)械強(qiáng)度，耐高能）要有相當(dāng)好的機(jī)械強(qiáng)度，耐高能 電子轟擊；電子轟擊；o2）應(yīng)在高倍下不顯示自身組織，本身應(yīng)在高

3、倍下不顯示自身組織，本身顆粒度要小，以提高樣品分辨率；顆粒度要小，以提高樣品分辨率； o3）有較好的化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)電性和導(dǎo)）有較好的化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。熱性。支持膜法1、對(duì)支持膜的要求、對(duì)支持膜的要求：常用的支持膜材料有常用的支持膜材料有：火棉膠、火棉膠、 AC紙（醋酸纖維素膜）紙（醋酸纖維素膜）、碳等。、碳等。 上述材料除了單獨(dú)能做支持膜材料外，還可以在火棉膠等塑上述材料除了單獨(dú)能做支持膜材料外，還可以在火棉膠等塑料支持膜上再鍍上一層碳膜，以提高其強(qiáng)度和耐熱性。鍍碳后料支持膜上再鍍上一層碳膜，以提高其強(qiáng)度和耐熱性。鍍碳后的支持膜稱為加強(qiáng)膜。的支持膜稱為加強(qiáng)膜。支持膜法o火棉膠火棉膠：

4、 1%火棉膠 + 99%醋酸戊脂溶液。o火棉膠膜制備火棉膠膜制備： 滴一滴火棉膠溶液在蒸餾水上，擴(kuò)展開(kāi)成一層薄膜，用3mm銅網(wǎng)撈起、涼干。支持膜法o2、火棉膠膜的制備、火棉膠膜的制備AC紙成分紙成分： 1 2 % 顆 粒 狀 醋 酸 纖 維 素顆 粒 狀 醋 酸 纖 維 素 + 88%丙酮。丙酮。 AC紙制備：紙制備： 將溶液均勻地倒在玻璃板上，形將溶液均勻地倒在玻璃板上，形成一成一 層薄膜，干后取下即可。層薄膜，干后取下即可。 支持膜法 3、AC紙（醋酸纖維素膜）的制備紙（醋酸纖維素膜）的制備o粉末加入溶劑，在超聲波振蕩器粉末加入溶劑，在超聲波振蕩器 上使之均勻混合；上使之均勻混合；o將粉末

5、溶液滴在支持膜上；將粉末溶液滴在支持膜上；o在真空鍍膜機(jī)中鍍膜（噴碳、金、在真空鍍膜機(jī)中鍍膜（噴碳、金、 Cr等）等）。支持膜法4、 粉末樣品的制備步驟：粉末樣品的制備步驟：2.2.3 復(fù)型法復(fù)型法o在電鏡中易起變化的樣品和難以制成薄膜的試樣采用此方法。o用對(duì)電子束透明的薄膜（碳、塑料、氧化物薄膜）把材料表面或斷口的形貌復(fù)制下來(lái)的一種間接樣品制備方法。復(fù)型法復(fù)型法o復(fù)型材料和支持膜材料相同。o表面顯微組織浮雕的復(fù)型膜，只能進(jìn)行形貌觀察和研究，不能研究試樣的成分分布和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 在材料研究中，復(fù)型法常用以下幾種：在材料研究中，復(fù)型法常用以下幾種： (1) 塑料一級(jí)復(fù)型、塑料一級(jí)復(fù)型、(2) 碳一

6、級(jí)復(fù)型碳一級(jí)復(fù)型 (3) 塑料塑料-碳二級(jí)復(fù)型碳二級(jí)復(fù)型 、（、（4）萃取復(fù)型）萃取復(fù)型 塑料塑料一級(jí)一級(jí)復(fù)型復(fù)型o樣品上滴濃度為1%的火棉膠醋酸戍酯溶液或醋酸纖維素丙酮溶液，溶液在樣品表面展平，多余的用濾紙吸掉，溶劑蒸發(fā)后樣品表面留下一層100nm左右的塑料薄膜。o分辨率低（1020nm），電子束照射下易分解和破裂。碳碳一級(jí)一級(jí)復(fù)型復(fù)型o樣品放入真空鍍膜裝置中，在垂直方向上向樣品表面蒸鍍一層厚度為數(shù)十納米的碳膜。把樣品放入配好的分離液中進(jìn)行電解或化學(xué)分離。o分辨率高（25nm），電子束照射下不易分解和破裂，樣品易遭到破壞。 二級(jí)二級(jí)復(fù)型復(fù)型o先一次復(fù)型，然后進(jìn)行二次碳復(fù)型，把一次復(fù)型溶去，得

7、到第二次復(fù)型。o為了增加襯度可在傾斜15-45的方向上噴鍍一層重金屬，如Cr、Au等。o優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：o1） 制樣簡(jiǎn)便；制樣簡(jiǎn)便；o2）不破壞試樣表面）不破壞試樣表面o3）中間復(fù)型為塑料（較厚）較易剝離）中間復(fù)型為塑料（較厚）較易剝離o4）觀察膜為碳膜，導(dǎo)電性好（如投影重金）觀察膜為碳膜，導(dǎo)電性好（如投影重金屬）。屬）。 二級(jí)復(fù)型的特點(diǎn)二級(jí)復(fù)型的特點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：o1）間接反映樣品表面形貌；）間接反映樣品表面形貌；o2）易引入假像，如氣泡、皺折等；）易引入假像，如氣泡、皺折等；o3）不能提供材料的內(nèi)部信息；）不能提供材料的內(nèi)部信息； 幾種復(fù)型的優(yōu)缺點(diǎn)：幾種復(fù)型的優(yōu)缺點(diǎn)： 復(fù)型法復(fù)型法碳一級(jí)復(fù)型碳

8、一級(jí)復(fù)型分辨本領(lǐng)最高，可達(dá)分辨本領(lǐng)最高，可達(dá)2nm(2nm(直接取直接取 決于復(fù)決于復(fù)型本身的顆粒度型本身的顆粒度) )，但剝離較難；，但剝離較難；塑料一級(jí)復(fù)型塑料一級(jí)復(fù)型操作最簡(jiǎn)單，但其分辨本領(lǐng)和像的反差均較低，操作最簡(jiǎn)單，但其分辨本領(lǐng)和像的反差均較低，且在電子束轟擊下易發(fā)生分解和燒蝕；且在電子束轟擊下易發(fā)生分解和燒蝕；塑料塑料- -碳二級(jí)復(fù)型碳二級(jí)復(fù)型操作復(fù)雜一些，其分辨本領(lǐng)與塑料一級(jí)復(fù)型操作復(fù)雜一些，其分辨本領(lǐng)與塑料一級(jí)復(fù)型基本相同，但其剝離起來(lái)容易，不破壞原有試樣，尤其適應(yīng)基本相同，但其剝離起來(lái)容易，不破壞原有試樣，尤其適應(yīng)于斷口類試樣。于斷口類試樣。二級(jí)復(fù)型照片二級(jí)復(fù)型照片二級(jí)復(fù)型照

9、片二級(jí)復(fù)型照片 萃取復(fù)型萃取復(fù)型o用碳膜把經(jīng)過(guò)深度侵蝕（溶去部分基體）試樣表面的第二相粒子黏附下來(lái)。o既復(fù)制表面形貌，又保持第二相分布狀態(tài)，并可通過(guò)電子衍射確定物相。兼顧了復(fù)型膜和薄膜的優(yōu)點(diǎn)。o從大塊試樣上，通過(guò)各種特從大塊試樣上，通過(guò)各種特殊方法，制備出能使電子穿殊方法，制備出能使電子穿過(guò)的薄區(qū)。過(guò)的薄區(qū)。2.2.4 薄膜樣品制備薄膜樣品制備（1）不引起材料組織的變化；）不引起材料組織的變化；（2）足夠薄，否則將引起薄膜內(nèi)不同層次）足夠薄，否則將引起薄膜內(nèi)不同層次圖象的重迭，干擾分析；圖象的重迭，干擾分析；（3）薄膜應(yīng)具有一定的強(qiáng)度，具有）薄膜應(yīng)具有一定的強(qiáng)度，具有 較大面積的透明區(qū)域；較大

10、面積的透明區(qū)域；（4）制備過(guò)程應(yīng)易于控制，有一定的重復(fù)）制備過(guò)程應(yīng)易于控制，有一定的重復(fù)性，可靠性。性，可靠性。薄膜樣品制備方法要求薄膜樣品制備方法要求：薄膜樣品制備步驟： 切取薄片（厚度0.5mm） 預(yù)減薄：用機(jī)械研磨、化學(xué)拋光、電解拋光減薄成“薄片”（0.1mm） 終減?。河秒娊鈷伖?、離子轟擊減薄成“薄膜”（500nm）o避免引起組織結(jié)構(gòu)變化，不用或少用機(jī)械方法。終減薄時(shí)去除損傷層。終減薄方法終減薄方法雙噴式電解拋光減薄 離子減薄o1） 原原 理：理：將樣品接正極、電解液接負(fù)極。電解液從兩側(cè)噴向樣品，當(dāng)樣品穿孔后，自動(dòng)停機(jī)，獲得中間薄，邊緣厚，呈面窩狀的TEM薄膜樣品。o電解雙噴法制樣電解

11、雙噴法制樣2） 影響因素：影響因素：電解液、溫度、電壓、電流。3） 特特 點(diǎn)：點(diǎn)：減薄條件易控制，操作方便，重復(fù)性好，制樣時(shí)間短，成功率較高，但只能用于金屬試樣的制備。o原原 理：在一定的真空條件下，氬氣在高理：在一定的真空條件下，氬氣在高壓下發(fā)生電離，氬離子流以一定的入射角壓下發(fā)生電離，氬離子流以一定的入射角轟擊樣品，當(dāng)離子的能量高于樣品材料表轟擊樣品，當(dāng)離子的能量高于樣品材料表面原子的結(jié)合能時(shí)，面原子的結(jié)合能時(shí)，樣品表層原子樣品表層原子發(fā)生濺發(fā)生濺射。穿孔后，供觀察。射。穿孔后，供觀察。o 特特 點(diǎn)：成功率高、可用于非金屬材料或點(diǎn)：成功率高、可用于非金屬材料或非均勻金屬的樣品制備，但耗時(shí)。

12、非均勻金屬的樣品制備，但耗時(shí)。氬離子減薄法氬離子減薄法(1)超聲切片；超聲切片；(2)研磨；研磨；(3)挖坑；挖坑；(4)離子減薄。離子減薄。 離子減薄成套制樣設(shè)備：離子減薄成套制樣設(shè)備：General Steps in TEM Spec. Prep500 mDisk Cutting70-100 mDisk GrindingNot to scale5 mDimple GrindingNot to scaleIon MillingIon beamIon beam1.2.3.4.* Drawn not to scaleTEM Sample Preparation70-100 mDisk GrindingTEM Sample PreparationNot to scale5 mDimple GrindingTEM Sample PreparationIon beamIon MillingIon beam離子減薄Ar+Ar+ 用超薄切片機(jī)可獲得用超薄切片機(jī)可獲得50nm左右的薄樣品。左右的薄樣品。 主要用于生物試樣的薄片制備和比較軟的無(wú)機(jī)材料主要用于生物試樣的薄片制備和比較軟的無(wú)機(jī)材料超薄切片法（了解超薄切片法（了解)總結(jié)總結(jié)透射電子顯微鏡樣品制備主要方法：透射電子顯微鏡樣