电镜样品制备

1、2014 年秋季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:学生所在院（系） :学生所在学科:学生姓名:学号:学生类别:考核结果材料电子显微分析实践材料科学与工程学院材料工程季相儒15S109272工程硕士阅卷人实验六电镜样品制备实践一、透射电镜样品的制备1.粉末样品的制备（ 1）选择合适的微栅网；（ 2）用镊子取出微栅网，将相对平整有光泽的面朝上放置在滤纸上；（ 3）将粉末与乙醇置入烧杯中，用超声方法对其进行混合适当时间，混合后用毛细管去少量混合液， 轻轻滴在微栅网上， 直至其周围的滤纸变得微微发黑。 若滴入过量则导致样品过厚，粉末团聚，不利于观察。（ 4）待乙醇挥发完毕后，将样品装入

2、样品台，进行观察。注意事项：粉末样品的制备有两点一定要注意， 尽量防止粉末的团聚。 尤其对于纳米材料，其表面有很强的吸附能力，表面效应强，容易发生团聚现象，传统的粉末制样方法不能消除团聚现象。 当材料放置到载网上时， 更多的是成团聚的块状样品，对粒子的大小很难进行判断。 此外这些粒子容易进入并污染镜筒，减小镜筒的使用寿命。 粉末必须分散均匀才能进行计算和测量， 否则会对观察结果与分析结果产生很大影响，这是至关重要的一步。要选择合适的支持膜。 对于粉末样品， 由于被观察的纳米颗粒不可能直接用铜网承载置于电镜中进行观察， 因此，在观察之前需要在铜网上预先粘附一层厚度约 20nm 的支持膜，用滴管将

3、混合液均匀滴在这些支持膜上，干燥后可以进行观察，支持膜要有一定强度， 能够长时间承受粉末样品的质量， 因此找到质量较高的支持膜也是得到好的透射电镜检测样品的关键。2.块状样品制备块状的样品经常采用的方法有以下两种：针对于金属及合金， 通常采用电解剪薄的方式，对于不导电或导电性差的材料常采用离子剪薄的方式。1）电解减薄方法（ 1）先将块状样品切取近 0.3mm 的均匀薄片， 厚度不宜过薄， 后续处理不好控制；（ 2）用砂纸进行打磨，将其磨制在 120 微米左右，磨制过程尽量用力均匀，防止其厚度不均匀；（ 3）通过抛光将其磨制 100 微米厚度左右，表面尽量光滑；（ 4）将其加工成直径近 3mm

4、的圆片，加工过程注意不要损害材料表面。（ 5）选择电解液，用双喷电解仪对其进行剪薄，在其中心剪出小孔。（ 6）取出剪薄试样进行漂洗。图 1：双喷电解剪薄仪原理图2）离子减薄方法（ 1）将样品块加工成 0.3mm 厚的均匀薄片；（ 2）用石蜡将薄片粘在超声切割样品台的载玻片上；（ 3）用超声切割样品，将其切割为直径 3mm 的圆片；（ 4）用砂纸将其磨制 100 微米厚左右，将其用磨坑仪在其圆片中心磨制凹坑，深度在 50 微米左右。（ 5）将其置于粒子剪薄仪中进行剪薄， 此过程用时相对较长， 尤其是陶瓷样品；图 2：离子剪薄仪对于块状，尤其是硬而脆的样品的 TEM 样品的制备，传统的离子束减薄的

5、方法定位减薄难，单次制样成功率低。新近发展起来的聚焦离子束技术 (FIB) 由于其聚焦能力强， 粒子束斑可达到纳米量级， 且离子束能量可以调节， 从而可以实现样品的准确定位和高效减薄。 FIB 技术可以和飞行时间二次离子质谱仪 (TOF SIMS)、扫描电镜和分子束外延的设备联机使用，使得它在材料加工方面得到广泛的应用。 FIB 技术被证明为现今最有效的精确定位制样的方法。这方面已报道的有，制备 GaAs/GaAIAs 纳米结构的样品，分析该异质构二极管的缺陷 ;制备多孔 Si02 样品，检验多孔 Si02 的制备工艺、 介质特性和密封多孔 Si02 的 Si3N4 的性能 ;制备钢材样品分析

6、老化现象等。对比普通的 TEM 制样方法， FIB 技术有速度快、精确度高、成品率高的特点，尤其适用于脆而硬的块状样品的制备。二、薄膜样品的制备由于透射电镜所用的电子束穿透深度有限， 约为几十纳米，因此所制备出的薄膜样品一般都需要进行减薄， 可分为一级预先减薄和最终减薄。 预先减薄使用机械研磨、化学抛光或电解抛光等方法， 将薄块样品减薄。 薄膜样品在最终减薄以前，要尽可能磨得薄一些，最好在 30 微米以下，不要超过 50 微米。最终减薄可以用离子减薄仪和电解抛光法。 对于离子减薄仪， 离子束与样品表面夹角一般在 15°左右角度大时减薄时间短些，反之时间长。经离子减薄以后的样品薄区大，

7、但减薄所需时间较长， 一般需几个至十几个小时。 双喷电解减薄仪的减薄时间很短，一般在 0. 5min 左右。关键环节是选择合适的电解液，并满足电解液所需的温度。需要低温时，要根据温度要求来选择液氮、干冰或冰块，以防试样氧化。对于不导电且质地坚硬的无机材料， 以及一些不适用于电解抛光减薄的金属材料仅适合于离子轰击减薄法。三、扫描电镜样品常规制备规程先对样品进行预处理：（1）取样： SEM 的样品受到样品室中样品台的尺寸及称重限制，因此制备 SEM样品时尺寸及质量不能太大，需要对样品进行切割取样。对于较薄的金属及高分子材料， 在不损伤其表面的前提下可以用剪刀剪下观察样品；对于厚度较大的样品可以用切

8、割机进行切割； 对陶瓷等脆性大的材料可用砂轮切割；若对其内部结构观察， 则还需将样品切开， 高分子材料往往用低温冲断的方式获取观察断口， 若对断口要求较高， 可用离子束对其进行切割， 获得高质量表面。（ 2）清洁和清洗：我们经常通过 SEM对样品的表面进行观测，但样品表面往往会附着有油污、灰尘、油脂等污染物，影响对表面形貌的观测。此外，这些污染物进入真空系统后会污染电镜的内部， 因此需要对电镜样品进行冲洗和漂洗。 对于水溶性的污染物可直接用离子水进行冲洗；对于油性污染物可以用有机溶剂，如丙酮，乙醇等。也可用超声波对其表面进行清洗。对于蜡类污染物，可用氯仿处理清洗。（ 3）干燥：对于含水量较少的

9、样品，导电处理后可直接观测。含水量相对较多的样本，尤其是生物样本， 必须在干燥后才可以进行观察。 进入真空室后水分的电离可能导致成像模糊或者不能成像， 降低电镜的使用寿命。 干燥时注意不可引入其他杂质，保证样品原有形貌不会因为脱水变形， 常用方法有真空干燥法和冷冻法等。（ 4）样品安装：对于块装样品，若样品导电，将导电双面胶直接粘在样品台，撕开背纸将样品压在导电胶上即可； 若样品不导电， 按常规方法将样品固定于导电胶带后，在样品表而引出导电胶带与样品台相连，即“搭桥” ，以在样品与样品台之间形成电子通路， 避免电荷积累。 碳粉胶带、银粉胶带以及铜导电胶带是最为常用的双而导电胶带。 样品为粉末或颗粒状时， 必须确保粉体与样品台粘接牢固，以免观测时颗粒脱落，污染电镜内部。此外，为了便于观测单颗粉体的形貌，必须使粉体尽可能的分散 ( 颗粒越小，比表而积越大，越容易团聚 ) 。粉体的分散方法可分为干法和湿法两类。四、电镜样品喷镀技术喷镀处理即导电处理，又称镀膜处理，是观测非导电样品通用的处理方法。经导电处理后， 样品表而形成的导电膜可以导走样品表而积累的电荷， 并传递部分热量，防止样品放电和热损伤。真空蒸发法和离子溅射法是常用方法。（ 1）真空蒸发镀膜实在真空蒸发