第4-透射电镜样品制备

1、2.2 透射电子显微镜的样品制备透射电子显微镜的样品制备 1、TEM对样品的要求：对样品的要求： o1）薄，厚度小于）薄，厚度小于200nm； o2）直径直径3mm圆片。圆片。 o2.2.1 2.2.1 引引 言言 o 1）粉末试样：）粉末试样： 主要用于粉末材料的主要用于粉末材料的形貌观察形貌观察、颗颗 粒度的粒度的测定及测定及结构与成分分析结构与成分分析等；等； 2 2、主要制备方法及目的、主要制备方法及目的 2）表面复型和萃取复型：）表面复型和萃取复型： 金相组织观察金相组织观察、断口形貌、断口形貌、形变形变 条纹；条纹；第二相形态第二相形态、分布和结构分布和结构等；等； 3）薄膜试样：

2、）薄膜试样： o 样品内部的组织、结构、成分、样品内部的组织、结构、成分、 位错组态和密度、相取向关系等。位错组态和密度、相取向关系等。 TEM的样品制备方法: o 支持膜法支持膜法 复型法复型法 晶体薄膜法晶体薄膜法 超薄切片法超薄切片法 高分子材料必要时还要: 染色 刻蚀 2.2.2 支持膜法 o 粉末试样多采用此方法。 o 将试样载在支持膜上，再用铜网承载。 o 支持膜的作用是支撑粉末试样，铜网的作 用是加强支持膜。 常用的铜网直径为常用的铜网直径为3mm，孔，孔 径径 约有数十约有数十m 支持膜法支持膜法 o1）要有相当好的机械强度，耐高能）要有相当好的机械强度，耐高能 电子轰击；电子

3、轰击； o2）应在高倍下不显示自身组织，本身应在高倍下不显示自身组织，本身 颗粒度要小，以提高样品分辨率；颗粒度要小，以提高样品分辨率； o3）有较好的化学稳定性、导电性和导）有较好的化学稳定性、导电性和导 热性。热性。 支持膜法 1、对支持膜的要求、对支持膜的要求： 常用的支持膜材料有常用的支持膜材料有： 火棉胶、火棉胶、 AC纸（醋酸纤维素膜）纸（醋酸纤维素膜）、碳等。、碳等。 上述材料除了单独能做支持膜材料外，还可以在火棉胶等塑上述材料除了单独能做支持膜材料外，还可以在火棉胶等塑 料支持膜上再镀上一层碳膜，以提高其强度和耐热性。镀碳后料支持膜上再镀上一层碳膜，以提高其强度和耐热性。镀碳后

4、 的支持膜称为加强膜。的支持膜称为加强膜。 支持膜法 o火棉胶火棉胶： 1%火棉胶 + 99%醋酸戊脂溶液。 o火棉胶膜制备火棉胶膜制备： 滴一滴火棉胶溶液在蒸馏水上，扩展开 成一层薄膜，用3mm铜网捞起、凉 干。 支持膜法 o2、火棉胶膜的制备、火棉胶膜的制备 AC纸成分纸成分： 1 2 % 颗 粒 状 醋 酸 纤 维 素颗 粒 状 醋 酸 纤 维 素 + 88%丙酮。丙酮。 AC纸制备：纸制备： 将溶液均匀地倒在玻璃板上，形将溶液均匀地倒在玻璃板上，形 成一成一 层薄膜，干后取下即可。层薄膜，干后取下即可。 支持膜法 3、AC纸（醋酸纤维素膜）的制备纸（醋酸纤维素膜）的制备 o粉末加入溶剂

5、，在超声波振荡器粉末加入溶剂，在超声波振荡器 上使之均匀混合；上使之均匀混合； o将粉末溶液滴在支持膜上；将粉末溶液滴在支持膜上； o在真空镀膜机中镀膜（喷碳、金、在真空镀膜机中镀膜（喷碳、金、 Cr等）等）。 支持膜法 4、 粉末样品的制备步骤：粉末样品的制备步骤： 2.2.3 复型法复型法 o在电镜中易起变化的样品和难以制 成薄膜的试样采用此方法。 o用对电子束透明的薄膜（碳、塑料、 氧化物薄膜）把材料表面或断口的 形貌复制下来的一种间接样品制备 方法。 复型法复型法 o 复型材料和支持膜材料相同。 o 表面显微组织浮雕的复型膜，只能进行形貌 观察和研究，不能研究试样的成分分布和内 部结构

6、。 在材料研究中，复型法常用以下几种：在材料研究中，复型法常用以下几种： (1) 塑料一级复型、塑料一级复型、(2) 碳一级复型碳一级复型 (3) 塑料塑料-碳二级复型碳二级复型 、（、（4）萃取复型）萃取复型 塑料塑料一级一级复型复型 o 样品上滴浓度为1%的火棉 胶醋酸戍酯溶液或醋酸纤维 素丙酮溶液，溶液在样品表 面展平，多余的用滤纸吸掉， 溶剂蒸发后样品表面留下一 层100nm左右的塑料薄膜。 o 分辨率低（1020nm），电子束照射下易 分解和破裂。 碳碳一级一级复型复型 o 样品放入真空镀膜装置中， 在垂直方向上向样品表面蒸镀 一层厚度为数十纳米的碳膜。 把样品放入配好的分离液中进

7、行电解或化学分离。 o 分辨率高（25nm）， 电子束照射下不易分解和 破裂，样品易遭到破坏。 二级二级复型复型 o 先一次复型，然后进行二 次碳复型，把一次复型溶去， 得到第二次复型。 o 为了增加衬度可在倾斜 15-45的方向上喷镀一层 重金属，如Cr、Au等。 o 优点：优点： o 1） 制样简便；制样简便； o 2）不破坏试样表面）不破坏试样表面 o 3）中间复型为塑料（较厚）较易剥离）中间复型为塑料（较厚）较易剥离 o 4）观察膜为碳膜，导电性好（如投影重金）观察膜为碳膜，导电性好（如投影重金 属）。属）。 二级复型的特点二级复型的特点： 缺点：缺点： o 1）间接反映样品表面形貌；

8、）间接反映样品表面形貌； o 2）易引入假像，如气泡、皱折等；）易引入假像，如气泡、皱折等； o 3）不能提供材料的内部信息；）不能提供材料的内部信息； 几种复型的优缺点：几种复型的优缺点： 复型法复型法碳一级复型碳一级复型分辨本领最高，可达分辨本领最高，可达2nm(2nm(直接取直接取 决于复决于复 型本身的颗粒度型本身的颗粒度) )，但剥离较难；，但剥离较难； 塑料一级复型塑料一级复型操作最简单，但其分辨本领和像的反差均较低，操作最简单，但其分辨本领和像的反差均较低， 且在电子束轰击下易发生分解和烧蚀；且在电子束轰击下易发生分解和烧蚀； 塑料塑料- -碳二级复型碳二级复型操作复杂一些，其分

9、辨本领与塑料一级复型操作复杂一些，其分辨本领与塑料一级复型 基本相同，但其剥离起来容易，不破坏原有试样，尤其适应基本相同，但其剥离起来容易，不破坏原有试样，尤其适应 于断口类试样。于断口类试样。 二级复型照片二级复型照片 二级复型照片二级复型照片 萃取复型萃取复型 o 用碳膜把经过深度侵蚀（溶去部分基体） 试样表面的第二相粒子黏附下来。 o 既复制表面形貌，又保持第二相分布状态， 并可通过电子衍射确定物相。兼顾了复型 膜和薄膜的优点。 o从大块试样上，通过各种特从大块试样上，通过各种特 殊方法，制备出能使电子穿殊方法，制备出能使电子穿 过的薄区。过的薄区。 2.2.4 薄膜样品制备薄膜样品制备

10、 （1）不引起材料组织的变化；）不引起材料组织的变化； （2）足够薄，否则将引起薄膜内不同层次）足够薄，否则将引起薄膜内不同层次 图象的重迭，干扰分析；图象的重迭，干扰分析； （3）薄膜应具有一定的强度，具有）薄膜应具有一定的强度，具有 较大面积的透明区域；较大面积的透明区域； （4）制备过程应易于控制，有一定的重复）制备过程应易于控制，有一定的重复 性，可靠性。性，可靠性。 薄膜样品制备方法要求薄膜样品制备方法要求： 薄膜样品制备步骤： 切取薄片（厚度0.5mm） 预减薄：用机械研磨、化学抛光、电解抛 光减薄成“薄片”（0.1mm） 终减薄：用电解抛光、离子轰击减薄成 “薄膜”（500nm）

11、 o 避免引起组织结构变化，不用或少用机械 方法。终减薄时去除损伤层。 终减薄方法终减薄方法 双喷式电解抛光减薄 离子减薄 o 1） 原原 理：理：将样品接正极、电解液接负 极。电解液从两侧喷向样品，当样品穿孔 后，自动停机，获得中间薄，边缘厚，呈 面窝状的TEM薄膜样品。 o电解双喷法制样电解双喷法制样 2） 影响因素：影响因素：电解液、温度、电压、电流。 3） 特特 点：点：减薄条件易控制，操作方便， 重复性好，制样时间短，成功率较高， 但只能用于金属试样的制备。 o 原原 理：在一定的真空条件下，氩气在高理：在一定的真空条件下，氩气在高 压下发生电离，氩离子流以一定的入射角压下发生电离，

12、氩离子流以一定的入射角 轰击样品，当离子的能量高于样品材料表轰击样品，当离子的能量高于样品材料表 面原子的结合能时，面原子的结合能时，样品表层原子样品表层原子发生溅发生溅 射。穿孔后，供观察。射。穿孔后，供观察。 o 特特 点：成功率高、可用于非金属材料或点：成功率高、可用于非金属材料或 非均匀金属的样品制备，但耗时。非均匀金属的样品制备，但耗时。 氩离子减薄法氩离子减薄法 (1)超声切片；超声切片； (2)研磨；研磨； (3)挖坑；挖坑； (4)离子减薄。离子减薄。 离子减薄成套制样设备：离子减薄成套制样设备： General Steps in TEM Spec. Prep 500 m Di

13、sk Cutting 70-100 m Disk Grinding Not to scale 5 m Dimple Grinding Not to scale Ion Milling Ion beam Ion beam 1. 2. 3. 4. * Drawn not to scale TEM Sample Preparation 70-100 m Disk Grinding TEM Sample Preparation Not to scale 5 m Dimple Grinding TEM Sample Preparation Ion beam Ion Milling Ion beam 离 子 减 薄 Ar+ Ar+ 用超薄切片机可获得用超薄切片机可获得50nm左右的薄样品。左右的薄样品。 主要用于生物试样的薄片制备和比较软的无机材料主要用于生物试样的薄片制备和比较软的无机材料 超薄切片法（了解超薄切片法（了解) 总结总结 透射电子显微镜样品制备主要方法：透射电子显微镜样品制备主要方法： 支持膜法 表面复型及