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超級干貨!手把手教你透射電鏡的樣品制備

透射電鏡的樣品制備是一項較復(fù)雜的技術(shù),它對能否得到好的TEM像或衍射譜是至關(guān)重要的。投射電鏡是利用樣品對如射電子的散射能力的差異而形成襯度的,這要求制備出對電子束"透明"的樣品,并要求保持高的分辨率和不失真。

電子束穿透固體樣品的能力主要取決加速電壓,樣品的厚度以及物質(zhì)的原子序數(shù).一般來說,加速電壓愈高,原子序數(shù)愈低,電子束可穿透的樣品厚度就愈大.對于100~200KV的透射電鏡,要求樣品的厚度為50~100nm,做透射電鏡高分辨率,樣品厚度要求約15nm(越薄越好)。

透射電鏡樣品可分為:粉末樣品,薄膜樣品,金屬試樣的表面復(fù)型.不同的樣品有不同的制備手段,下面分別介紹各種樣品的制備。

(1)粉末樣品

因為透射電鏡樣品的厚度一般要求在100nm以下,如果樣品厚于100nm,則先要用研缽把樣品的尺寸磨到100nm以下,然后將粉末樣品溶解在無水乙醇中,用超聲分散的方法將樣品盡量分散,然后用支持網(wǎng)撈起即可。

(2)薄膜樣品

絕大多數(shù)的TEM樣品是薄膜樣品,薄膜樣品可做靜態(tài)觀察,如金相組織;析出相形態(tài);分布,結(jié)構(gòu)及與基體取向關(guān)系,錯位類型,分布,密度等;也可以做動態(tài)原位觀察,如相變,形變,位錯運動及其相互作用.制備薄膜樣品分四個步驟:

a將樣品切成薄片(厚度100~200微米),對韌性材料(如金屬),用線鋸將樣品割成小于200微米的薄片;對脆性材料(如Si,GaAs,NaCl,MgO)可以刀將其解理或用金剛石圓盤鋸將其切割,或用超薄切片法直接切割。

b切割成φ3mm的圓片 用超聲鉆或puncher?qū)ⅵ眨常恚肀A片從材料薄片上切下來。

c預(yù)減薄 使用凹坑減薄儀可將薄圓片磨至10μm厚.用研磨機磨(或使用砂紙),可磨至幾十μm。

d終減薄 對于導(dǎo)電的樣品如金屬,采用電解拋光減薄,這方法速度快,沒有機械損傷,但可能改變樣品表面的電子狀態(tài),使用的化學(xué)試劑可能對身體有害。

對非導(dǎo)電的樣品如陶瓷,采用離子減薄,用離子轟擊樣品表面,使樣品材料濺射出來,以達到減薄的目的.離子減薄要調(diào)整電壓,角度,選用適合的參數(shù),選得好,減薄速度快.離子減薄會產(chǎn)生熱,使樣品溫度升至100~300度,故最好用液氮冷卻樣品.樣品冷卻對不耐高溫的材料是非常重要的,否則材料會發(fā)生相變,樣品冷卻還可以減少污染和表面損傷.離子減薄是一種普適的減薄方法,可用于陶瓷,復(fù)合物,半導(dǎo)體,合金,界面樣品,甚至纖維和粉末樣品也可以離子減?。ò阉麄冇脴渲韬虾?,裝入φ3mm金屬管,切片后,再離子減薄).也可以聚集離子術(shù)(FIB)對指定區(qū)域做離子減薄,但FIB很貴。

對于軟的生物和高分子樣品,可用超薄切片方法將樣品切成小于100nm的薄膜.這種技術(shù)的特點是樣品不會改變,缺點是會引進形變。

(3)金屬試樣的表面復(fù)型 即把準備觀察的試樣的表面形貌(表面顯微組織浮凸)用適宜的非晶薄膜復(fù)制下來,然后對這個復(fù)制膜(叫做復(fù)型)進行透射電鏡觀察與分析.復(fù)型適用于金相組織,斷口形貌,形變條紋,磨損表面,第二相形態(tài)及分布,萃取和結(jié)構(gòu)分析等。

制備復(fù)型的材料本身必須是"無結(jié)構(gòu)"的,即要求復(fù)型材料在高倍成像時也不顯示其本身的任何結(jié)構(gòu)細節(jié),這樣就不致干擾被復(fù)制表面的形貌觀察和分析.常用的復(fù)型材料有塑料,真空蒸發(fā)沉積炭膜(均為非晶態(tài)物質(zhì))。

常用的復(fù)型有:a塑料一級復(fù)型,分辨率為10~20nm;b炭一級復(fù)型,分辨率2nm,c塑料-炭二級復(fù)型,分辨率10~20nm;d萃取復(fù)型,可以把要分析的粒子從基體中提取出來,這種分析時不會受到基體的干擾。

除萃取復(fù)型外,其余復(fù)型只不過是試樣表面的一個復(fù)制品,只能提供有關(guān)表面形貌的信息,而不能提供內(nèi)部組成相,晶體結(jié)構(gòu),微區(qū)化學(xué)成分等本質(zhì)信息,因而用復(fù)型做電子顯微分析有很大的局限性,目前,除萃取復(fù)型外,其他復(fù)型用的很少。