電鏡樣品制備

1、2014 年秋季學(xué)期研究生課程考核（讀書報(bào)告、研究報(bào)告）考核科目:學(xué)生所在院（系） :學(xué)生所在學(xué)科:學(xué)生姓名:學(xué)號(hào):學(xué)生類別:考核結(jié)果材料電子顯微分析實(shí)踐材料科學(xué)與工程學(xué)院材料工程季相儒15S109272工程碩士閱卷人實(shí)驗(yàn)六電鏡樣品制備實(shí)踐一、透射電鏡樣品的制備1.粉末樣品的制備（ 1）選擇合適的微柵網(wǎng)；（ 2）用鑷子取出微柵網(wǎng)，將相對(duì)平整有光澤的面朝上放置在濾紙上；（ 3）將粉末與乙醇置入燒杯中，用超聲方法對(duì)其進(jìn)行混合適當(dāng)時(shí)間，混合后用毛細(xì)管去少量混合液， 輕輕滴在微柵網(wǎng)上， 直至其周圍的濾紙變得微微發(fā)黑。 若滴入過(guò)量則導(dǎo)致樣品過(guò)厚，粉末團(tuán)聚，不利于觀察。（ 4）待乙醇揮發(fā)完畢后，將樣品裝入

2、樣品臺(tái)，進(jìn)行觀察。注意事項(xiàng)：粉末樣品的制備有兩點(diǎn)一定要注意， 盡量防止粉末的團(tuán)聚。 尤其對(duì)于納米材料，其表面有很強(qiáng)的吸附能力，表面效應(yīng)強(qiáng)，容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，傳統(tǒng)的粉末制樣方法不能消除團(tuán)聚現(xiàn)象。 當(dāng)材料放置到載網(wǎng)上時(shí)， 更多的是成團(tuán)聚的塊狀樣品，對(duì)粒子的大小很難進(jìn)行判斷。 此外這些粒子容易進(jìn)入并污染鏡筒，減小鏡筒的使用壽命。 粉末必須分散均勻才能進(jìn)行計(jì)算和測(cè)量， 否則會(huì)對(duì)觀察結(jié)果與分析結(jié)果產(chǎn)生很大影響，這是至關(guān)重要的一步。要選擇合適的支持膜。 對(duì)于粉末樣品， 由于被觀察的納米顆粒不可能直接用銅網(wǎng)承載置于電鏡中進(jìn)行觀察， 因此，在觀察之前需要在銅網(wǎng)上預(yù)先粘附一層厚度約 20nm 的支持膜，用滴管將

3、混合液均勻滴在這些支持膜上，干燥后可以進(jìn)行觀察，支持膜要有一定強(qiáng)度， 能夠長(zhǎng)時(shí)間承受粉末樣品的質(zhì)量， 因此找到質(zhì)量較高的支持膜也是得到好的透射電鏡檢測(cè)樣品的關(guān)鍵。2.塊狀樣品制備塊狀的樣品經(jīng)常采用的方法有以下兩種：針對(duì)于金屬及合金， 通常采用電解剪薄的方式，對(duì)于不導(dǎo)電或?qū)щ娦圆畹牟牧铣２捎秒x子剪薄的方式。1）電解減薄方法（ 1）先將塊狀樣品切取近 0.3mm 的均勻薄片， 厚度不宜過(guò)薄， 后續(xù)處理不好控制；（ 2）用砂紙進(jìn)行打磨，將其磨制在 120 微米左右，磨制過(guò)程盡量用力均勻，防止其厚度不均勻；（ 3）通過(guò)拋光將其磨制 100 微米厚度左右，表面盡量光滑；（ 4）將其加工成直徑近 3mm

4、的圓片，加工過(guò)程注意不要損害材料表面。（ 5）選擇電解液，用雙噴電解儀對(duì)其進(jìn)行剪薄，在其中心剪出小孔。（ 6）取出剪薄試樣進(jìn)行漂洗。圖 1：雙噴電解剪薄儀原理圖2）離子減薄方法（ 1）將樣品塊加工成 0.3mm 厚的均勻薄片；（ 2）用石蠟將薄片粘在超聲切割樣品臺(tái)的載玻片上；（ 3）用超聲切割樣品，將其切割為直徑 3mm 的圓片；（ 4）用砂紙將其磨制 100 微米厚左右，將其用磨坑儀在其圓片中心磨制凹坑，深度在 50 微米左右。（ 5）將其置于粒子剪薄儀中進(jìn)行剪薄， 此過(guò)程用時(shí)相對(duì)較長(zhǎng)， 尤其是陶瓷樣品；圖 2：離子剪薄儀對(duì)于塊狀，尤其是硬而脆的樣品的 TEM 樣品的制備，傳統(tǒng)的離子束減薄的

5、方法定位減薄難，單次制樣成功率低。新近發(fā)展起來(lái)的聚焦離子束技術(shù) (FIB) 由于其聚焦能力強(qiáng)， 粒子束斑可達(dá)到納米量級(jí)， 且離子束能量可以調(diào)節(jié)， 從而可以實(shí)現(xiàn)樣品的準(zhǔn)確定位和高效減薄。 FIB 技術(shù)可以和飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜儀 (TOF SIMS)、掃描電鏡和分子束外延的設(shè)備聯(lián)機(jī)使用，使得它在材料加工方面得到廣泛的應(yīng)用。 FIB 技術(shù)被證明為現(xiàn)今最有效的精確定位制樣的方法。這方面已報(bào)道的有，制備 GaAs/GaAIAs 納米結(jié)構(gòu)的樣品，分析該異質(zhì)構(gòu)二極管的缺陷 ;制備多孔 Si02 樣品，檢驗(yàn)多孔 Si02 的制備工藝、 介質(zhì)特性和密封多孔 Si02 的 Si3N4 的性能 ;制備鋼材樣品分析

6、老化現(xiàn)象等。對(duì)比普通的 TEM 制樣方法， FIB 技術(shù)有速度快、精確度高、成品率高的特點(diǎn)，尤其適用于脆而硬的塊狀樣品的制備。二、薄膜樣品的制備由于透射電鏡所用的電子束穿透深度有限， 約為幾十納米，因此所制備出的薄膜樣品一般都需要進(jìn)行減薄， 可分為一級(jí)預(yù)先減薄和最終減薄。 預(yù)先減薄使用機(jī)械研磨、化學(xué)拋光或電解拋光等方法， 將薄塊樣品減薄。 薄膜樣品在最終減薄以前，要盡可能磨得薄一些，最好在 30 微米以下，不要超過(guò) 50 微米。最終減薄可以用離子減薄儀和電解拋光法。 對(duì)于離子減薄儀， 離子束與樣品表面夾角一般在 15°左右角度大時(shí)減薄時(shí)間短些，反之時(shí)間長(zhǎng)。經(jīng)離子減薄以后的樣品薄區(qū)大，

7、但減薄所需時(shí)間較長(zhǎng)， 一般需幾個(gè)至十幾個(gè)小時(shí)。 雙噴電解減薄儀的減薄時(shí)間很短，一般在 0. 5min 左右。關(guān)鍵環(huán)節(jié)是選擇合適的電解液，并滿足電解液所需的溫度。需要低溫時(shí)，要根據(jù)溫度要求來(lái)選擇液氮、干冰或冰塊，以防試樣氧化。對(duì)于不導(dǎo)電且質(zhì)地堅(jiān)硬的無(wú)機(jī)材料， 以及一些不適用于電解拋光減薄的金屬材料僅適合于離子轟擊減薄法。三、掃描電鏡樣品常規(guī)制備規(guī)程先對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理：（1）取樣： SEM 的樣品受到樣品室中樣品臺(tái)的尺寸及稱重限制，因此制備 SEM樣品時(shí)尺寸及質(zhì)量不能太大，需要對(duì)樣品進(jìn)行切割取樣。對(duì)于較薄的金屬及高分子材料， 在不損傷其表面的前提下可以用剪刀剪下觀察樣品；對(duì)于厚度較大的樣品可以用切

8、割機(jī)進(jìn)行切割； 對(duì)陶瓷等脆性大的材料可用砂輪切割；若對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察， 則還需將樣品切開(kāi)， 高分子材料往往用低溫沖斷的方式獲取觀察斷口， 若對(duì)斷口要求較高， 可用離子束對(duì)其進(jìn)行切割， 獲得高質(zhì)量表面。（ 2）清潔和清洗：我們經(jīng)常通過(guò) SEM對(duì)樣品的表面進(jìn)行觀測(cè)，但樣品表面往往會(huì)附著有油污、灰塵、油脂等污染物，影響對(duì)表面形貌的觀測(cè)。此外，這些污染物進(jìn)入真空系統(tǒng)后會(huì)污染電鏡的內(nèi)部， 因此需要對(duì)電鏡樣品進(jìn)行沖洗和漂洗。 對(duì)于水溶性的污染物可直接用離子水進(jìn)行沖洗；對(duì)于油性污染物可以用有機(jī)溶劑，如丙酮，乙醇等。也可用超聲波對(duì)其表面進(jìn)行清洗。對(duì)于蠟類污染物，可用氯仿處理清洗。（ 3）干燥：對(duì)于含水量較少的

9、樣品，導(dǎo)電處理后可直接觀測(cè)。含水量相對(duì)較多的樣本，尤其是生物樣本， 必須在干燥后才可以進(jìn)行觀察。 進(jìn)入真空室后水分的電離可能導(dǎo)致成像模糊或者不能成像， 降低電鏡的使用壽命。 干燥時(shí)注意不可引入其他雜質(zhì)，保證樣品原有形貌不會(huì)因?yàn)槊撍冃危?常用方法有真空干燥法和冷凍法等。（ 4）樣品安裝：對(duì)于塊裝樣品，若樣品導(dǎo)電，將導(dǎo)電雙面膠直接粘在樣品臺(tái)，撕開(kāi)背紙將樣品壓在導(dǎo)電膠上即可； 若樣品不導(dǎo)電， 按常規(guī)方法將樣品固定于導(dǎo)電膠帶后，在樣品表而引出導(dǎo)電膠帶與樣品臺(tái)相連，即“搭橋” ，以在樣品與樣品臺(tái)之間形成電子通路， 避免電荷積累。 碳粉膠帶、銀粉膠帶以及銅導(dǎo)電膠帶是最為常用的雙而導(dǎo)電膠帶。 樣品為粉末或顆粒狀時(shí)， 必須確保粉體與樣品臺(tái)粘接牢固，以免觀測(cè)時(shí)顆粒脫落，污染電鏡內(nèi)部。此外，為了便于觀測(cè)單顆粉體的形貌，必須使粉體盡可能的分散 ( 顆粒越小，比表而積越大，越容易團(tuán)聚 ) 。粉體的分散方法可分為干法和濕法兩類。四、電鏡樣品噴鍍技術(shù)噴鍍處理即導(dǎo)電處理，又稱鍍膜處理，是觀測(cè)非導(dǎo)電樣品通用的處理方法。經(jīng)導(dǎo)電處理后， 樣品表而形成的導(dǎo)電膜可以導(dǎo)走樣品表而積累的電荷， 并傳遞部分熱量，防止樣品放電和熱損傷。真空蒸發(fā)法和離子濺射法是常用方法。（ 1）真空蒸發(fā)鍍膜實(shí)在真空蒸發(fā)