实验5 透射电子显微镜观察聚合物的微相分离结构.doc

实验27透射电子显微镜观察聚合物的微相分离结构一、实验目的1.熟悉透射电子显微镜的基本结构，理解透射电镜的工作原理及像反差的形成原理。2.初步掌握聚合物（如胶乳）的制样技术和观察记录方法。二、透射电镜的结构三大部分：1.电子光学系统（镜体）：照明源（电子枪聚光镜）、成像系统（样品室物镜中间镜投影镜）观察与记录系统；2.真空系统（机械泵油扩散泵）；3.电子学系统（即电路系统）。镜体是透射电镜最基本的重要的部分，真空系统和电路系统是其辅助系统。三、实验基本原理1.透射电镜的工作原理1.1由电子枪发射电子流，在阳极的加速下，电子束（100um）射向镜筒。1.2聚光镜将电子束进一步会聚，形成1-2um电子束斑，并投射在样品上。1.3物镜将穿过样品并带有样品结构信息的电子束放大聚焦形成第一放大像。1.4中间镜以物镜放大像为物，形成第二级放大像。1.5投影镜以中间镜的放大像为物，形成第二级放大像。1.6第三级放大像被投射在荧光屏上。M（总）Mo（物）Mi（中）Mp（投）2.像反差的形成原理当透射电镜的照明源中插入了样品的膜之后，原来均匀的电子束就变得不均匀了。样品膜中质量厚度大的区域因散射电子多而出现电子数的不足，这样的区域经放大后就成了暗区，而样品膜中质量厚度小的区域因透过电子较多，散射电子较少而成为亮区。通过样品后的这种不均匀的电子束被荧光屏截获后，即成为反映样品信息的透射电镜黑白图像。对于那些质量厚度差别不大的样品，常常需要用电子染色的方法来加强样品本身或样品四周（背景）或样品的某些部分的电子密度，从而使不同区域散射电子的数量差别增大，进而改善图像的明暗差别即增强反差。四、实验条件1.仪器：JEM100SX透射电镜，DM220高真空镀膜台，超声波清洗器2.试剂：1.5%火棉胶1.5%磷钨酸水溶液2%乙酸铀水溶液3.试样：乳胶或其它液状或粉末状聚合物样品4.器皿：青霉素小瓶玻棒铜镍网弯头镊子培养皿滤纸3mm碳棒等五、实验步骤及方法1.制作复膜铜网（火棉胶膜加碳膜）1.1复火棉胶膜在一直径约为10cm的培养皿中装适量双蒸水，滴一滴1.5%火棉胶液于水面上，一段时间后，水面上即成有一层火棉胶膜。通过观察膜的颜色判断膜的厚度及好坏，以平展光滑的银白色为佳。将铜镍网铜面朝下放置在理想的膜上，用镊子轻轻按一下网，使之与膜贴紧。用滤纸沾起网膜，自然干燥或经30-60烘干后即可加镀碳膜。此过程要防止灰尘和空气流动，以免膜被弄脏和发皱。1.2镀碳膜1.2.1磨碳棒将直径3mm的两根碳棒（长约3cm）一根一端磨平，一根一端磨尖。清除所有松动的部分，并擦拭干净。1.2.2安装碳棒将一根固定在支持架上，另一根安装在有弹簧的另一支持架上。将两个支持架分别装在钟罩内的两极上，借助弹簧的轻微推力保证两根碳棒的接触，而且对中（即成一直线）要尽量准确。旋紧各处螺丝。1.2.3安置载网将沾有网膜的滤纸放在一小培养皿中，将培养皿放置在距离碳棒接触点正下方10cm处。1.2.4抽真空开启DM220高真空镀膜台，抽真空致钟罩内真空度达10-5。1.2.5镀碳先通小电流，使接触点慢慢呈橙红色。然后迅速提高电流，使接触点成白灼状态，碳即开始蒸发，此时电流保持在35安培左右，保持此状态1-2分钟，碳膜即镀好。取出镀好碳膜的载网备用。经上述步骤制得的火棉胶加碳的复合膜，在电镜下既有良好的透明度，又比较坚固，能较好地经受电子束的轰击而不漂移。2.样品的制备2.1试样的稀释或分散稀释试样是为了使样品颗粒尽量分散开来，根据试样的状态可分为以下两种情况。2.1.1液体状常见的有水溶性和溶剂型两类。2.1.1.1水溶性试样此类试样用双蒸水稀释。用玻棒蘸取试样少许入装有双蒸水的青霉素小瓶中，充分摇匀，若觉稀释不够，可倾去部分稀释液后再行稀释，甚至满意为止。对于很难分散的试样，可在双蒸水中加入少量乳化剂等促进分散，亦可将小瓶放入超声波清洗器中振荡片刻，一定要注意振荡时间不可过长，长时间的超声振荡不但不会促进分散，有时会造成样品颗粒凝集。2.1.1.2溶剂型试样方法同上，只需将双蒸水改换成相应的溶剂即可。2.1.2固体状2.1.2.1粉末状取小许粉末入青霉素小瓶中，注入双蒸水或溶剂，将小瓶置于超声波清洗器中振荡一段时间（一般几分钟），待粉末与液体混合成均匀的浊液即可，若嫌浊液浓度过大，可倾去一部分，再行稀释，直至满意。2.1.2.2块状和膜状对于样品厚度超过100nm的膜状甚至块状样品中，应考虑超薄切片或离子减薄技术，此处不作赘述。2.2试样的装载对于粒径较大或粒径虽不大，但其组成中含有较重元素的试样，可不经电子染色，直接沾样即可，具体操作如下：用镊子轻轻夹住复膜铜网的边缘，膜面朝下沾取已分散完好的试样稀释液，小心将铜网放在一已作了记号的小滤纸片上，待网上液滴充分干燥后，即可上镜观察。2.3电子染色对于粒径很小且由轻元素组成的试样，应考虑采用电子染色技术帮助增大试样不同区域散射电子数量的差别，从而增强图像的反差，使之可供观察者肉眼清晰分辨。常用的电子染料是含有重金属元素的盐或氧化物，如磷钨酸，乙酸铀，四氧化锇，四氧化钌等。常用的染色方法有以下两种。2.3.1混合染色法此法适合可以用水分散的试样。因为绝大多数的电子染料都是能溶入水的盐类，试样与电子染料同以水为介质，很容易混合。具体操作如下：取稀释完好的试样液2ml，往稀释液中滴加染液1-3滴，迅速混合均匀，立即沾样或经2-5分钟后沾样，充分干燥后，即可上镜观察。2.3.2漂浮染色法溶剂型试样和其它不适合用混合染色法的试样，可用漂浮染色法。具体操作如下：用复膜铜网沾上试样稀释液，待网上液滴将干未干时，将复膜铜网膜面朝下漂浮于染液液滴上（所用染液浓度小于0.5%为好）。一段时间（2-10分钟）后，镊起铜网，用滤纸吸去多余染液，待网上液体充分干燥后，即可上镜观察。若试样为溶剂型聚合物，沾样后应让溶剂充分挥发，若想溶剂在短时间内挥发干净，可将铜网放入真空中抽提，然后再行漂浮染色。在上述制样过程中，应注意以下几点：所用器皿一定要干净。放置铜网要小心细致，膜面不能有破损和污染。风干过程要避污染。3.仪器调试开启JEM-100SX透射电镜，至真空抽好。调试仪器，经合轴，消象散以后，即可送样观察。4.观察记录将欲观察的铜网膜面朝上放入样品架中，送入镜筒观察。先在低倍下观察样品的整体情况，然后选择好的区域放大。变换放大倍数后，要重新聚焦。将有价值的信息以拍照的方式记录下来，并在记录本上记录观察要点和拍照结果。将样品更换杆送入镜筒，撤出样品，换另一样品的观察。5.暗室处理根据所用胶片的特性配制相应的暗室试剂，在暗室内红光条件下冲洗胶片。在红光条件下将负片印或放大成正片。6.图片解折根据制样条件，观察结果及样品的特性等综合分析，对图片进行合理的解析。六、安全防护工作状态下的TEM是一个x射线源，在使用过程中应注意以下问题。1.加光阑，特别是聚光镜光阑。2、观察时戴铅眼镜。3.穿防护背心等。七、思考题1.简述像反差的形成原理。2.电子染