納米纖維在透射電鏡中的應(yīng)用

納米纖維在透射電鏡中的應(yīng)用

1透射電鏡測試納米材料包括納米顆粒和基于納米顆粒的材料。納米纖維及其材料；納米界面及其存在的材料。納米材料的性能與其微觀結(jié)構(gòu)有著重要的關(guān)系。因此納米材料微觀結(jié)構(gòu)的表征對認(rèn)識納米材料的特性,推動(dòng)納米材料的應(yīng)用有著重要的意義。透射電鏡是研究材料的重要儀器之一。但是用透射電鏡研究材料微觀結(jié)構(gòu)時(shí),試樣必須是透射電鏡電子束可以穿透的納米厚度的薄膜。單體的納米顆?；蚣{米纖維一般是透射電鏡電子束可以直接穿透的。研究者通常把試樣直接放在微柵上進(jìn)行透射電鏡觀察。但是由于納米顆?；蚣{米纖維容易團(tuán)聚,因此,用這種方法常常得不到理想的結(jié)果。有些研究內(nèi)容也難以實(shí)施。比如∶納米顆粒的表面改性的研究、納米纖維的橫切面研究都比較困難。研究界面問題則有更大的難度。因此,納米材料的透射電鏡研究,其樣品制備問題是一個(gè)值得探討的重要課題。作者探索了一種比較適用的制樣方法,從納米顆?；蛭⒚最w粒中直接切取可以進(jìn)行透射電鏡研究的薄膜,對進(jìn)行納米纖維橫切面觀察或納米界面觀察的制樣也有很高的成功率和應(yīng)用價(jià)值。2薄膜的磨拋和減薄從納米材料中切取納米尺度薄膜的步驟如下∶首先把納米材料試樣單層地放置在一片拋光的金屬片上,然后用離子沉積的方法使納米材料無擾動(dòng)地包埋在金屬中,從金屬片的兩面進(jìn)行磨拋,直至從兩面均能觀察到納米材料試樣,即從納米材料試樣中切取了一片微米尺度的薄膜。最后用離子減薄儀把薄膜減薄到電子束可以穿透的納米尺度。切取薄膜過程中應(yīng)避免使用酸、堿和高溫,必要時(shí)避免使用水或水溶液,以保持試樣的原組織。3用納米透射電鏡研究3.1沸石微孔中cdse納米團(tuán)簇沸石顆粒中存在著許多納米尺度的微孔。用化學(xué)法可以分別把Cd離子和Se離子引入沸石微孔中生成CdSe納米團(tuán)簇。用上述制樣方法從顆粒中切取可供透射電鏡研究的薄膜,在透射電鏡下觀察團(tuán)簇的組裝過程、團(tuán)簇在沸石中的分布及其和工藝因素的關(guān)系(圖1,2)。3.2納米碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)許多文獻(xiàn)資料報(bào)道了納米碳纖維微觀結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果。但文中所展示的納米碳纖維微觀結(jié)構(gòu)的圖象大多數(shù)是從整根纖維側(cè)面拍攝的透射電子顯微鏡照片。從這些照片中似乎可以看到纖維中有兩條平行的管壁。3.2碳纖維微觀結(jié)構(gòu)的研究作者從一個(gè)側(cè)面觀察為管狀結(jié)構(gòu)的碳纖維試樣中切取了可供高分辨電鏡研究的薄膜,從橫切面獲得了碳纖維微觀結(jié)構(gòu)的圖象。從這些圖象可以看出所研究的納米碳纖維都是實(shí)心棒狀的(圖3,4)。透射電鏡研究結(jié)果說明,判斷納米碳纖維是管狀的還是棒狀的比較可靠的方法是在高分辨電鏡下研究纖維橫切面的結(jié)構(gòu)。3.3al2o3納米顆粒電子衍射實(shí)驗(yàn)從納米顆粒中切取透射電鏡薄膜可以對顆粒尺寸進(jìn)行比較準(zhǔn)確的測量,用電子衍射研究其微觀結(jié)構(gòu)。圖5為Al2O3納米顆粒在透射電鏡下的形貌,顆粒尺寸為10～30nm,電子衍射結(jié)果,顆粒為非晶態(tài)。顆粒周圍為制樣時(shí)所包埋的金屬銅。3.4膜層間結(jié)構(gòu)的電鏡照片圖6為Ta—Ni-Fe—Cu—Ni-Fe—Ta多層膜層間結(jié)構(gòu)的高分辨電鏡照片。多層膜為6層,總厚度約為30nm。在高分辨電鏡下可以深入研究多層膜的層間結(jié)構(gòu)。3.5tio包覆層圖7為高嶺土顆粒表面包覆TiO2的顆粒薄膜的透射電鏡照片。由圖可以看出,高嶺土顆粒的尺寸約為800μm,TiO2包覆層的厚度為200μm左右,包覆層致密,完整。未經(jīng)加熱處理的包覆層為非晶態(tài),包覆后的粉體可用作TiO2的代用品。圖8為SiO2顆粒表面包覆TiO2的顆粒薄膜的透射電鏡照片,顆粒尺寸約為200nm,TiO2包覆層的厚度為30nm左右,熱處理后包覆層為晶態(tài)。3.6粉顆粒薄膜的透射電鏡金屬鈉還原的鉭粉顆粒以往文獻(xiàn)報(bào)道是多孔顆粒。作者已經(jīng)證明,鉭粉顆粒內(nèi)部的孔是相互連通的,實(shí)際上鉭粉顆粒是一種多通道的顆粒。圖9為顆粒切面形貌的SEM照片。從圖可以看出,鉭粉顆粒的切面是相互分離的小顆粒。鉭是一種硬度很大的金屬,因此,從鉭粉顆粒中切取一片納米尺度的薄膜是非常困難的。用本實(shí)驗(yàn)技術(shù)成功地從鉭粉顆粒中切取了納米尺度的薄膜,圖10為鉭粉顆粒薄膜局部的透射電鏡照片。鉭粉顆粒放置在空氣中很容易吸氧,圖11為通道壁邊沿的高分辨電鏡照片。由圖可以看出,滲氧層厚度為5～7nm。在制備鉭電容時(shí),鉭粉通道壁被氧化成一層Ta2O5納米介質(zhì)膜,介質(zhì)膜的質(zhì)量影響著鉭電容的質(zhì)量。透射電鏡研究結(jié)果表明,介質(zhì)膜上的裂紋是導(dǎo)至鉭電容漏流增大的重要原因(圖12)。3.7納米薄膜的包埋從鑄鐵中電解分離出來的球狀石墨和開花狀石墨顆粒用金屬包埋的技術(shù)可以從顆粒中切取一片納米尺度的薄膜(圖13,14)。薄膜完整,各部分的原始位置不變。在透射電鏡下可以研究球狀石墨和開花