扫描电镜、透射显微镜ppt课件

1、电子显微镜,显微镜技术（ 二 ）,1,2, 简,介, 基本原理 透射电镜 扫描电镜 样品制备技术 电镜在高分子结构分析中的应用,2,3,中空聚合物微球的透射电子显微镜照片,3,a b,TEM images of Ag nanoparticle coated silica microspheres (a) and silica microspheres with Ag nanoparticles embedded in the shell layer (SMAE SL) (b). The sample in Figure a was prepared with Ag(NH 3 ) 4+ soak

2、ed silica microspheres,and reduced with glucose solution. The sample in Figure b was prepared as the sample in Figure a instead of forming a new layer of silica on the Ag nanoparticle coated silica microspheres and the silica microspheres used were smaller in diameter. Due to the detach of the Ag na

3、noparticles in the following procedure, the amount of the Ag nanoparticles embedded in the silica microspheres is less.,SiO 2 /Ag( 透射电子显微镜 ),4,5,ZnO （扫描电子显微镜照片）,5,6, 肉眼所能观察到的最小限度是 0.2 mm 左右 光学显微镜分辨率是 0.2 um( 可见光的半波长 ) ， 最大放大为 1000 倍左右（光衍射的限制）,简,介,-3,0.225 nm,6,7, 高性能电子显微镜，晶格分辨率是 0. 14 nm ，点分辨率是 0.3

4、nm ，相当于最大放大 倍数 50100 万，直接观察一些结晶的晶格 图像，甚至某些单个原子,简,介,7,基本原理,8,电子束能量足够大，能够穿过样品而无相互作用，形成透 射电子。入射电子和样品有相互作用而产生散射。散射有两 类： 弹性散射：入射电子只是被反射而没有损失能量 非弹性散射：如果有能量损失，会产生各种不同的射线 9,基本原理,9,基本原理,(1) 透射电子： 直接透射电子，以及弹性或非弹性散射的透射电子 用于透射电镜（ TEM ）的成像和衍射。 (2) 背景散射电子： 入射电子穿透到离核很近的地方被反,射 ， 而 没 有 能 量 损 失 ； 反 射 角的 大 小取 决 于离 核 的

5、 距离 和 原 来 的 能 量 ， 因 而 实 际 上 任 何方 向 都有 散 射， 所 产 生的 信 息即形成背景散射。 散 射 强 度 的 大 小 取 决 于 原 子 的原 子 序数 和 试样 表 面 形貌 。 (3) 二次电子： 入射电子撞击样品表面原子的外层电子， 把 它 激 发 出 来 ， 就 形 成 低 能 量的 二 次电 子 ，使 表 面 凹凸 的 各个部分都能清晰成像 ( SEI ) 。 二 次 电 子 的 强 度 主 要 与 样 品 表面 形 貌有 关 。,二次电子和 背景散射电 子共同用于 扫描电镜 （ SEM ）的 成像。 10,10,11,(4 ） 特征 X 射线： 入

6、射电子把样品表面原子的内层电子撞击，被激发的空 穴由高能级电子填充时，能量以电磁辐射的形式放出，就产生特征 X 射线，可用于 元素分析（ EDS or EDX ） 。,(5) 俄歇（ Auger) 电子： 入射电子把外层电子打进内层，原子被激发了，,为释放能量而电离出次外层电子，叫俄歇电子。主要用于轻元素和超,轻元素（除 H 和 He ）的分析，称为 俄歇电子能谱仪 。,(6 ） 阴极荧光： 入射电子使试样的原子内电子发生电离，高能级的电子,向低能级跃迁时发出的光波长较长（在可见光或紫外区），称为阴极 荧光，可用作 光谱分析 ，但它通常非常微弱。,基本原理,元素和光谱分析,11,一、透射电镜,

7、（一）构造和成像原理 三部分组成： 光源、物镜和投影镜,电子束代替光束， 用磁透镜代替玻璃透镜 获得信息： （ 1 ）放大成像（明场像、 暗场像） （ 2 ）电子衍射图形,0 级 衍 射,12,13,一、透射电镜 电镜构造有两个特点： (1) 电镜中用的是 磁透镜 。 因为电子带电。光学显微 镜中的玻璃透镜不能用于 电镜。 (2 ）系统要求处于 高真空 ， 要达到 1.33 10 -4 Pa 或更 高。因为空气会使电子强 烈地散射。,13,14,一、透射电镜 电子枪 两 大 类 ， 三 种： 场致发射电子枪： 场致发射效应产生电子 价格昂贵，极高真空，寿命 1000 小时以上，不需要电磁透镜系

8、统。 钨枪和六硼化镧枪： 热发射效应产生电子 钨枪：寿命 30 100 小时之间，价格便宜，成像不如其他两种明亮，廉价。 六硼化镧枪：寿命 200 1000 小时，价格约为钨枪的十倍，图像比钨枪明亮 5 10 倍，需要略高于钨枪的真空，但比钨枪容易产生过度饱和和热激发问题 。,14,15,透射电镜三要素 1. 分辨率 2. 放大倍数 3. 衬度,15,16,电镜三要素 1. 分辨率,Airy 准则：两个并排点光源得到 的两个相互重叠的 Airy 盘能分开 的最短距离是第一级暗环的半径 r 。,16,17,电镜三要素 1. 分辨率,因素： （ ） 孔 径 角 越 大 ， 分 辨 率 越高 。 这

9、 是 因 为 孔 径 角 越 大 ， 收 集 的信 息 就越 多 ，得 到 的 图 像 就 越 少 受 衍 射 的 影 响 ， 越接 近 点像 。 （ ） 波 长 越 短 ， 分 辨 率 越 高。 而 电 子 波 长 取 决 于 加 速 电 压 ，服 从 下式 ： 式中 V- 电子加速电压， 可以计算，当 V= 100kV 时，波长 =0.0037nm ， 分辨率 0.005 nm 。实际 TEM 只能达到 0.1-0.2 nm ， 这 是 由 于 透 镜 的 固 有 像 差 造 成的 。,17,18,电镜三要素 . 放大倍数 肉眼分辨率约 0. 2mm 电镜的分辨率 0.2nm 左右 电镜最

10、大的放大倍数等于 10 6 数量级,18,19,电镜三要素 . 像的衬度 像的衬度： 电镜像的反差，即亮和暗的差别 1) 散射衬度： 对电子散射引起的是非晶态形成的衬度。 影响散射衬度与样品存在下列关系： (1) 样品越厚，图像越暗； (2 ）原子序数越大，图像越暗； (3 ）密度越大，图像越暗。 样品中元素的原子核与核外电子的电场作用，使入射 e 散 射 ， 总 散射 率 与 质 量 厚度 （ 即 厚 度 密 度 ） 成 正 比， 由于散射 e 被光阑挡住，只有散射角小的 e 通过光阑孔。 质 量 厚 度 大 的 ， 透 过 e 少 质 量 厚 度 小 的 ， 透 过 e 多 透 过 e 密

11、 度 不 同 ， 形 成 衬 度 不 同,19,20,电镜三要素 . 像的衬度 2) 衍射衬度： 样品对电子衍射引起的，是晶体 样品的主要衬度 入射 e 束通过薄样品时，对晶粒的某一晶 面满足布拉格衍射条件，电子在晶面上按一定 角度发生反射，则透过电子较少，而不满足布 拉格条件，透射 e 多，对比产生衬度叫衍射衬 度。 明 场 像 ： 以 透 射 e 为 主 成 像 。 暗 场 像 ： 以 衍 射 线 成 像 （ 明 暗场 对 比相 反 ）。,20,21,二、扫描电镜,扫描电镜的特点： (1) 焦 深 大 ， 图 像 富 有 立 体 感 ， 适 合 于 表 面 形貌的研究 。 (2) 它 的

12、放 大 倍 数 范 围 广 ， 从 十 几 倍 到 几 十 万倍，几乎覆盖了光学显微镜和 TEM 的范围。 (3) 制 样 简 单 ， 样 品 的 电 子 损 伤 小 ， 这 些 方 面优于 TEM 。,21,22,二、扫描电镜 ( 一 ） 构 造 及 成 像 原 理 二次电子加背景 散射电子成像,光源,22,23,扫,描,电,镜,成,像,示,意,图,23,24,传统 SEM 分辨率与电子束直径一样大： 约为 nm .,二、扫描电镜 SEM 分辨率受电子束直径限制， 电子束直径越小，分辨率越高,（二）电镜三要素 . 分辨率,24,25,二、扫描电镜 . 放大倍数 放大倍数屏幕的分辨率电子 束直

13、 径 . mm/5nm 传统 SEM 放大倍数约为万左右。,25,26,二、扫描电镜 . 衬度 (1) 表面形貌衬度 SEM 的衬度主要是样品的表面凸凹决定的 入射电子能激发样品表面下 nm 厚薄层的二次电子,26,27,二、扫描电镜, . 衬度 ( ) 原 子 序 数 衬 度,扫 描 电 子 束 入 射 产 生 的 各 种 射线 ， 对原子序数的差异敏感 主要是背景散射电子,27,28,加速电压：,二、扫描电镜 电子枪的加速电压是电镜的主要性能指标,加速电压低，球差较小从而提高了分辨率； 加速电压越高，电子束能量越大，对样品穿透得越深（尤其是高分子材料）， 从而使图像的衬度减小；同时损伤样品

14、及表面带电严重。,高分子材料来说， 一般不应超过 30kV 。,28,29,二、扫描电镜 场发射扫描电镜与普通扫描电镜比较 1 理论分辨率高 场发射枪的光源尺寸小，发射的电子束亮度高，从而可以得到比常规扫 描电镜更细小的光斑，提高了仪器的分辨率，可达 1.0 nm 。 2 低加速电压下分辨率高 可到 2.5 nm 甚至更低。 3 低加速电压的好处 在低加速电压下，电子束对样品的损伤小，减少假象。某些半导体或 绝缘体样品可以不用镀金膜，消除了金膜干扰，并对能谱仪测轻元素带来 好处。 4 探测器的改进 探测器装在物镜内部，即在样品正上方，提高了探测效率和灵敏度。 有的还加上电子线路域值滤波，分离背

15、散射电子信号，对提高图象的清晰 度有较大的作用。 5 清洁真空 有的型号采用分子泵，真空清洁，减少污染，有利于保持电镜的高性 能。,29,30,二、扫描电镜 场 发 射 扫 描 电 镜 构 造 及 成 像 原理,JSM 6700-F 冷场发射扫描电镜,30,31,二、扫描电镜 场发射扫描电镜与普通扫描电镜比较 1 理论分辨率高 场发射枪的光源尺寸小，发射的电子束亮度高，从而可以得到比常规扫 描电镜更细小的光斑，提高了仪器的分辨率，可达 1.0 nm 。 2 低加速电压下分辨率高 可到 2.5 nm 甚至更低。 3 低加速电压的好处 在低加速电压下，电子束对样品的损伤小，减少假象。某些半导体或

16、绝缘体样品可以不用镀金膜，消除了金膜干扰，并对能谱仪测轻元素带来 好处。 4 探测器的改进 探测器装在物镜内部，即在样品正上方，提高了探测效率和灵敏度。 有的还加上电子线路域值滤波，分离背散射电子信号，对提高图象的清晰 度有较大的作用。 5 清洁真空 有的型号采用分子泵，真空清洁，减少污染，有利于保持电镜的高性 能。,31,32,场 发 射 分 热 场 和 冷 场 ， 共 性 是分 辨 率高 。,热场 的束流大些，适合进行分析，但维护成本相对较高，维护要求高。 冷场 做表面形貌观测是适合的，相对而言维护成本低些，维护要求不 算高。,冷场发射电子枪,优点：单色性好，分辨率高,缺点：电子枪束流不稳

17、定，束流小，不适合做能谱分析，每天要做一,次 Flash,热场发射电子枪,优点：电子束稳定，束流大,缺点：与冷场相比除了单色性和分辨率略差点外，缺点不多。,热场发射与冷场发射扫描电镜的比较,二、扫描电镜,32,33,分辨率 ： 15KV 1KV,1.0nm 2.2nm,样品台 移动范围： X ： 70 mm Y ： 50 mm Z: 1.525mm R: 360 无限旋转 T: -5 60 ,二、扫描电镜 JSM 6700-F 冷场发射扫描电镜主要技术指标 放大倍数 : 25 倍 650000 倍,33,34,样品制备技术,34,35,样品制备技术 一、电镜样品的基本要求 (1) 测定固体样品

18、 因为电镜都在高真空中运行，只能直接测定固体样品。对于样品 中所含水分及易挥发物质应预先除去，否则会引起样品爆裂。 (2) 样品必须非常清洁 因为在高倍放大时，一颗小尘埃会像乒乓球那么大，所以很小的 污染物也会给分析带来干扰。 (3) 样品要有好的抗电子束强度 高分子材料往往不耐电子损伤，允许观察的时间常较短（几分钟 甚至几秒钟），所以观察时应避免在一个区域持续太久。,SiO 2 /PMMA 的 TEM 照片,35,样品制备技术 二、 SEM 的一般制样方法 (1) 将 样 品 （ 包 括 模 塑 物 、 薄 膜 、 纤 维 、 粒 料 等 ） 直 接 用 双 面 胶 纸 贴在铝、铜样品座上

19、.,(2) 在硅片上制备测试样品,要求基底有导电性质 ,(3) 表面镀金属膜 (Au, Ag, Cu, Al ， Pt) ，减少电子束损伤；或采用 喷溅抗静电剂 高 分 子 表 面 积 累 电 荷 时 观 察 到的 现 象： (1) 整个画面在飘移或局部移动而使画面有断裂感； (2) 沿扫描方向有不规则亮点； (3) 亮的边缘或异常的衬度； (4) 难以聚焦。,对高分子样品，可用较低的加速电压（ 15kV ）， 并 尽 可 能 在 低 倍 观 察 ， 以 减 少电 荷 积累 。,via inverse microsuspension,TiO 2 coated with poly(acrylic

20、 acid) and ethylene glycol dimethacrylate 36 polymerization,36,37,样品制备技术 三、 TEM 的一般制样方法 (1) 样品厚度小于 100nm (2) 样品是载在 金属网 上使用的，当样品比金属网眼小 时还必须有透明的 支持膜 。,37,38,样品制备技术 三、 TEM 的一般制样方法 金属网： 铜网，特殊需要也可 Ni 、 Au 、 Be 网。 铜 网 很 小 ， 是 直 径 只 有 2-3mm ， 厚 度 为 20-100um 的 圆 形 薄 板 。 网 眼 是 可选的，形状有方形、长方、六方或圆 形 ， 孔 径 从 50

21、目 至 400 目 （ 即 2-16 孔 /mm ）。,38,39,样品制备技术 三、 TEM 的一般制样方法 纤维、薄膜、切片等可直接安放在铜网上。 支持膜： 对于很小的切片、颗粒、高分子单晶、乳胶粒、纳米 微 粒 等 细 小 的 材 料 就 必 须 有 支持 膜 支 撑 。 对支持膜有以下要求： (1) 电子透明性好 : 在电镜分辨率范围内，或在所观察 结 构 范 围 内 ， 不 显 现 支 持 膜 本身 的 结 构 ； (2) 热和化学稳定性能 : 经受电子轰击； (3) 制作和使用简便。,39,40,样品制备技术 三、 TEM 的一般制样方法 支持膜： 支持膜主要有以下四类 : 1.

22、Polymer 膜：成分为 0.5% 火棉胶的 醋酸异戊酯 溶液或 聚乙烯醇 缩甲醛的 二氯甲烷 溶液 ; 20 30 nm Formvar 膜（方华膜） : 聚醋酸甲基乙烯酯的 氯仿 溶液 制备方法：水面滴膜；浇铸 成膜 2. 碳膜：真空镀膜机中镀上约 10nm 厚的碳膜，再捞在铜网上 3. 碳补强 polymer 膜 : 5 10 nm.,40,41,样品制备技术 三、 TEM 的一般制样方法 支持膜：,4.,多孔支持膜：,又称微栅膜； 用于分辨率要求很高的工作。,TEM image of Cd 0.21 Hg 0.79 Te-polymer composite based on micr

23、otome method and inset is the SAED pattern,41,42,纯碳膜,polymer+C （ 30 nm ）,可耐一般有机溶剂,碳支持膜,polymer+C （ 10-15 nm ） 不耐有机溶剂,超薄碳膜 微栅膜,polymer+C （ 5 nm ） polymer,不耐有机溶剂 不耐有机溶剂,样品制备技术 支持膜： 国内某电镜耗材公司电镜铜网支持膜对比：,42,43,样品制备技术 三、 TEM 的一般制样方法 样品分散在支持膜： 1 涂 布 法 滴液体在支持膜上，干燥后用于观察。关键是浓度要适当 可直接测量高分子稀溶液中高分子无规线团的尺寸，从而计算分子

24、量。 2. 喷雾法 用压缩空气对着液滴吹，使液雾落在支持膜上，干燥后使用。 3 包 埋 法 将 颗 粒 样 品 混 在 制 支 持 膜 的 塑料 溶 液 中 ， 从 而 制 成 的 支 持 膜 内就 含有分散着的样品颗粒。,高等学校化学学报， 2010, 31(3), 616.,43,44,样品制备技术 四、电镜的特殊制样方法 1 超 薄 薄 膜 稀溶液浇注法。 2. 取向薄膜 常温或加热下拉伸出适合于 TEM 使用的很薄的 20 nm 取向薄膜。 3 超 薄 切 片 （ 1 ）对 SEM 用普通切片机切片。 （ 2 ）对 TEM 必须用超薄切片机切片，切片厚度为 3060 nm 。 优点：得

25、到高分子材料的真实结构，制样过程不改变结构形态。 超薄切片的步骤： 干燥 ； 包埋 ，对于柔性高分子，必须预先用某种树 脂包埋才能切片。所用树脂有环氧树脂、不饱和聚酯、丙烯酸类树脂 等，树脂的硬度要与试样硬度匹配才能切出好的切片； 固化 ； 修边 ； 切片 。 对于柔性高分子，还可以用冷冻切片法。切片温度为 -20-40 。 TEM 常用的切片厚度为 60 nm ，分辨率可达 2.5 nm 。,44,45,Fig. TEM images of PMMA microscale capsules (a) and cross- sectional TEM images of the ultramic

26、rotomed capsules (b).,45,46,样品制备技术 四、电镜的特殊制样方法 4. 染色 高分子 样品的反 差 小：低原 子 序数，电 子 密度差别 很 小， 加上样品很薄。 （ 1 ） 本 体 高 分 子 用 “ 正 染 色 ” ， 即 感 兴 趣 的 区 域 被 染 色 而 在 TEM 成为黑色。 （ 2 ） 乳 液 常 用 “ 负 染 色 ” ， 即 让 颗 粒 以 外 的 基 底 染 色 变 黑 。 需选择合适的染色剂。,46,47,样品制备技术 四、电镜的特殊制样方法 染色剂： （ 1 ） 四 氧 化 锇 广泛用于含双键高分子的染色，如 ABS ， SBS ，高抗冲聚

27、苯乙烯， 抗冲聚氯乙烯等。 染色机理：,47,48,样品制备技术 四、电镜的特殊制样方法 染色后期， OsO 4 表现氧化剂特性：,48,49,样品制备技术,四、电镜的特殊制样方法,OsO 4 染色的实施方法：,1. 水溶液染色 :1%2% OsO 4 水溶液浸泡样品。一般 30min 几天。 2. 蒸汽染色 : 需 12h 。 OsO 4 蒸汽有毒，需小心。 OsO 4 还可以与含有 -OH 和 -NH 2 的高分子反应。,有些高分子虽然不能直接用 OsO 4 染色，但可以先通过适当的反应得 到染色基团，再用 OsO 4 染色，称为两步染色法。如 : 乙烯 - 醋酸乙烯共聚 物（ EVA ）

28、可先用碱在沸腾下皂化，然后用 OsO 4 与生成的羟基反应。,可利用高分子不同的晶区和非晶区对 OsO 4 物理吸收程度不同增加反差。,49,50,样品制备技术 四、电镜的特殊制样方法 染色剂： （ 2 ） 四 氧 化 钌 RuO 4 是较新的染色剂，它的主要特点是： (a) 氧化性 比 OsO 4 更强。它 可以与 饱 和 高分子反 应。除了 聚氯 乙 烯、聚偏氟乙烯、甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、高密度聚乙烯外， 聚丙烯（轻微染色）、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚苯醚、环氧 树脂、聚丁二烯等许多饱和与不饱和高分子都能染色。 (b) RuO 4 倾 向 于 对 表 面 层 染 色 ， 即 与 晶

29、片 的 表 面 作 用 ， 而 不 像 OsO 4 与非晶区作用。,染色方法是用新配 1 % RuO 4 溶液染色 5 30min 。 由于 RuO 4 溶液十分不稳定，每次必须临时制备。,50,51,样品制备技术 四、电镜的特殊制样方法 染色剂： （ 3 ） 其 它 氯 磺 酸 ： 聚 乙 烯 ， 氯 磺 化 结 果是 既 交联 又 染色 。 磷钨酸：高分子量的阴离子染色剂，与带 -OH 、羰基和胺基的高分子 反应。,硫：对橡胶的染色 碘：优先染色非晶区，物理吸收，可用于尼龙、聚酯、维纶、纤维素、,聚乙烯等的染色。,51,52,样品制备技术 四、电镜的特殊制样方法 5. 蚀刻 蚀刻是增加电镜

30、所能提供的结构 信息的 另一 重要方 法。 蚀刻的目的是除去一部分结构， 突出所 感兴 趣的结 构。 蚀刻后的表面可用于 SEM 观察，或做成复型用于 TEM 观察。 蚀刻方法有三种：溶剂蚀刻、酸 蚀刻和 等离 子或离 子蚀刻 。,52,53,样品制备技术,四、电镜的特殊制样方法,3). 酸蚀刻,用氧化性的强酸选择氧化某一相，,氧化的结果是使高分子断为碎片而除去， 该法能得到较为精细的表面结构。,蚀刻方法：,1). 等离子和离子蚀刻,用 等 离 子 或 离 子 带 电 体 攻 击 聚 合 物 表 面 ， 移 去 表 面 的 原 子 或 分 子 ， 由 于 蚀 去 速 度的 差 异 而 产 生

31、相 之 间 的 反 差。,一 般用 氧气 或氩 气 作 为电 离的 气体 ，氩 气比 氧气 能产 生更 清晰 的表 面结 构。 蚀刻,时间是 5 30min 。聚乙烯、聚丙烯、聚酯等半结晶高分子的非晶部分被优先蚀刻。 2). 溶剂蚀刻,晶区和非晶区溶解速度的差别，或不同相之间溶解速度的差别而增加反差。 缺点：溶剂需精心选择，溶解性太好的溶剂会导致溶胀或使结晶部分也溶解。,53,54,样品制备技术 四、电镜的特殊制样方法 6. 复型： 重现样品表面的起伏结构，复型一般用于 TEM 。 复型一般可以分为一级复型和二级复型 : 一 级 复 型 为 负 复 型 ， 二 级 复 型为 正 复型 。 1)

32、. 塑料一级复型： 剥离方法如下： （ 1 ）干法 （ 2 ）湿法 （ 3 ）溶解法,碑拓,54,55,样品制备技术 四、电镜的特殊制样方法 2). 碳一级复型 3). 碳二级复型,55,56,样品制备技术,四、电镜的特殊制样方法,7. 镀膜：,1). 真空蒸发镀膜 :,真空镀膜主要用于 TEM 的复型和碳支持膜，,膜的厚度一般为 150 nm 。真空镀膜机可以将碳和各种金属蒸发。 2). 投影：,投影就是用某种重金属从一定角度向样品蒸发一薄层膜，由于样品表 面凸凹不平，各处蒸上的金属的厚度也不同，从而增加厚度，在图象 上形成很强的层次感和立体感。常用投影的金属有金、铂、钯、镉等。,投影厚度用

33、重金属是只需 0.30.7 nm 。,h = L tg ,突起高度计算公式,56,Fig. Synthetic route toward peptide containing superamphiphiles using click chemistry:41 right, self-assembly behavior of PS- b - GlyGlyArgAMC in aqueous solutions; (A, B) TEM image taken directly after injection ( Pt shadowing ; scale bars represent 200 and

34、500 nm for panels A and B, respectively); (C) TEM image taken 18 h after injection ( Pt shadowing ; scale bar represents 1 m); (D) SEM image directly taken after injection. Reproduced from ref 48 with permission. Copyright 2005 Royal Society of,Chemistry. 57,Loos, K.; Muller, A. H. E. Routes to the

35、synthesis of amylose- block -polystyrene rodcoil block copolymers.,Biomacromolecules 2002, 3 , 368373.,57,58,样品制备技术 四、电镜的特殊制样方法 7. 镀膜：,3). 溅射镀膜,用金,膜厚度为 1100 nm ，除提供导电性以外，还可以减少电子的损伤。 溅射镀膜的主要优点 : 1. 制备速度快可以同时处理多个样品。 2. 均匀镀膜，样品受热比真空镀膜少。 主要缺点 : 膜的结构不如真空镀膜，膜的厚度在 20 nm 以上时，分辨 率仅 1015 nm 。改进的方法是减少膜厚度至 5 nm

36、 ，或改 用金靶或钯靶。,58,59,样品制备技术 四、电镜的特殊制样方法 8. 断裂 断 裂样 品 的 来 源 : 拉 伸 、 撕裂 或 冲 击 等 形 变 实 验 。 电镜观察结果与力学实验数据相联系。 SEM 由于焦深大，适合研究粗糙的断裂表面。 TEM 研究断面时一 定要用复型。柔性的高分子一 定要用冷却断裂。,59,60,电镜在高分子结构分析中的应用,60,61,电镜在高分子结构分析中的应用,主要应用： 1. 结晶结构和形态 2. 多相结构的研究： 嵌段共聚物、共混物和复合材料 3. 表面形貌,61,62,电镜在高分子结构分析中的应用 1. 结晶 PE 单 晶 的 电镜 照 片： 观

37、 察 到厚度 约 10nm 的菱形 片状 单晶 外， 电子衍射：得到非常清晰的规则的电子衍射花样。 结果 证明 在单晶内 ，分 子链作高 度规则 的三维有序排 列，分 子 链 的取向 与 片 状 单晶 的表 面 相垂 直。根 据 电镜 实 验 结 果， Keller 提 出了折叠链结构模型。,62,63,电镜在高分子结构分析中的应用 1. 结晶 聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 球 晶 的电 镜 ： 球晶对四氧化锇的选择吸收，是染 色技术用于半结晶高分子电镜研究的一 个典型例子。 将未取向的聚酯切片熔融后，在 235 结晶 23h ，接着浸入 4%OsO 4 溶液 中 染 色 7 天 。

38、结 果 球 晶 中的 非 晶 部 分的 电 子密度增强，在 TEM 照片中显示黑色。 聚酯超薄切片中的球晶的 TEM 照片（ 6500 x ）,63,64,是晶片螺旋位错的结点。,电镜在高分子结构分析中的应用 1. 结晶 线型 PE 带 消光环球晶 的晶片结构：环的边界上有许多碟形物，它们,线性聚乙烯球晶的局部 TEM 照片 高锰酸钾的硫酸溶液蚀刻，铬投影取碳复 型 （ 2600 x ）,聚乙烯球晶中晶片层之间的联接链结构 联接链已被额外附生的晶片装饰； TEM 照片， 样品经 Pt-C 在 26.6 o 投影， （ 1800X ）,证明了晶片中分子链 不完全近邻折叠。,64,65,电镜在高分

39、子结构分析中的应用 2. 液晶 条带织构 是无论在溶致性或热致性，无论向列或胆甾型主链高分子 液晶中，都能观察到的一种取向态液晶织构。 这种黑白相间的织构，是微 纤 （即分 子束） 以锯齿 形或波 浪形 有 规 则 地 排 列 而 产 生 的 光 学 效应 。,制样方法： 1 ） 浓 硫 酸 蚀 刻 2 ） 用 金 投 影 后 增 加 反 差 3 ） 碳 复 型 4 ）用金投影后在 TEM 下有很好的衬度,65,66,3. 纤维 织 物 是 由许 多 单 根 纤 维 经 纺 纱 时 拧 绞 而 成 的 。 SEM 像 可 用 于 计 算 表 面 的 纤维的数 目和 长度，它 们会 影响织物的

40、手 感 和 机 械 性 质。,电镜在高分子结构分析中的应用,无纺布是一种新纺织形式的织物，它 们比普通织物更不规则，结构更不均匀。 经碾压法生产的无纺布中有些纤维明显变 形，纤维完全是无规交叉。,一种典型织物的 SEI 照片（ 17x ）,无纺布的 SEI 照片（ 15x ）,66,67,电镜在高分子结构分析中的应用 4. 薄膜 薄 膜 主 要 用 作 包 装 材 料 和 涂 层材 料 。 SEM ：可用于研究表面的细节，如在吹塑薄膜的表面上可直接观察 到晶片，晶片要么朝机器方向要么取它的垂直方向。 TEM ：更多用于研究内部结构，如球晶、微纤等。 分离控释的微孔膜由挤 出成型的全同聚丙烯薄膜

41、经 退火和拉伸制成。孔平行排 列，沿机器方向取向，未被 拉伸位置可看到与机器方向 垂直的晶片。,67,电镜在高分子结构分析中的应用 5. 多相高分子体系 电镜常用来观察共聚、共混、填充、增强等高分子 多相体系 的相结构。 包括：共混物，嵌段共聚物，复合材料等。,聚苯乙烯 - 丁二烯嵌段共聚物的 TEM 照片 （ 85000 x ）；右下角为画方框的局部放大照片 （ 170000 x ）；左上角为相应的电子衍射照片 68,68,69,电镜在高分子结构分析中的应用 6. 乳液 乳液 一般用 TEM 研究。 研究乳液的关键是制样和 观察过 程中 不要使 粒子变 形。 传统的图像分析方法是逐 一测量

42、粒子 尺寸再 作统计 ，但 现在已 有图像分析仪可以自动对底片进 行分析 ，直 接得到 粒径分 布和 平均值的数据。,69,TEM image of PS latex microspheres,SEM image of PS latex microspheres 70,电镜在高分子结构分析中的应用 6. 乳液,70,a b,TEM images of Ag nanoparticle coated silica microspheres (a) and silica microspheres with Ag nanoparticles embedded in the shell layer (S

43、MAE SL) (b). The sample in Figure a was prepared with Ag(NH 3 ) 4+ soaked silica microspheres,and reduced with glucose solution. The sample in Figure b was prepared as the sample in Fiugure a instead of forming a new layer of silica on the Ag nanoparticle coated silica microspheres and the silica mi

44、crospheres used were smaller in diameter. Due to the detach of the Ag nanoparticles in the following procedure, the amount of the Ag nanoparticles embedded in the silica microspheres is less.,SiO 2 /Ag(TEM),7. 实验过程跟踪,71,72,TEM images of SMAESL after treated with nitric acid (a) and using the SMAESL

45、as seeds to form the SMAESL-PMMA core-shell composite particles by emulsion method (b). In Figure a , the Ag nanopartices were removed by the nitric acid and formed the silica microspheres with multipores in the shell layer.,SiO 2 /Ag(TEM),7. 实验过程跟踪,72,73,a,SEM images of Ag nanoparticle coated silic

46、a colloidal crystals (a) and PS Macroporous films using the above colloidal crystals as templates. The experiment procedure is similar as the Ag nanoparticles coated silica microspheres.,SiO 2 /Ag(SEM),7. 实验过程跟踪,73,74,Hollow nanospheres,TEM,SEM,74,75,生物样品分析应用,埃博拉病毒的 SEM 照片,鲨鱼皮鳞片的 SEM 照片,荷叶表面的 SEM 照片

47、,红血球的 SEM 照片,75,76,鲫鱼性腺亚细胞超 微结构透射电镜图,生物样品分析应用,76,77,Fig (c,d) The Fe 3 O 4 TiO 2 coreshell microspheres.(e) EDX spectrum data of the obtained Fe 3 O 4 TiO 2 core shell microspheres.,能谱分析应用,77,78,能谱分析应用,78,79,能谱分析应用,79,FIG. Color online HRTEM images and SAED patterns of the a bare TiO 2 80,结构分析应用,80,

48、81,TEM Images,SiO 2 /PS core-shell nanospheres a/01jfeng/zxxx/wlja/11_1.html#a111,81,82,激光扫描共聚焦显微镜是二十世纪 80 年代发展起来的一项具有划时代的高科技产,品，它是在荧 光显微镜成像 基础上加装了 激光扫描装置 ，利用计算机 进行图像处理 ，,把光学成像的分辨率提高了 30-40% ，使用紫外或可见光激发荧光探针，从而得到 细 胞或组织内部微细结构的荧光图像，在亚细胞水平上观察诸如 Ca 2+ 、 PH 值，膜电位,等生理信号及 细胞形态的变 化，成为形态 学，分子生物 学，神经科学 ，药理学，遗

49、 传 学 等 领 域 中 新 一 代 强 有 力 的 研 究 工 具。,激光共聚 焦成像系 统能 够用于观 察各 种染色、 非染 色和荧光 标记 的组织和 细胞 等 ，观察研究组 织切片，细胞 活体的生长发 育特征，研究 测定细胞内物 质运输和能量 转,换。能够进 行 活体细胞中离 子和 PH 值变化 研究（ RATIO ），神经递质 研究，微分干,涉及荧光的断 层扫描，多重 荧光的断层扫 描及重叠，荧 光光谱分析荧 光各项指标定 量 分析荧光样品 的时间延迟扫 描及动态构件 组织与细胞的 三维动态结构 构件 ，荧光共 振,能 量 的 转 移 的 分 析 ， 荧 光 原 位 杂 交 研 究 （

50、 FISH ） ， 细 胞 骨 架 研 究 ， 基 因 定 位 研 究 ， 原位实时 PCR 产物分析，荧光漂白恢复研究（ FRAP ），胞间通讯研究，蛋白质间研,究 ， 膜 电 位 与 膜 流 动 性 等 研 究 ， 完 成 图 像 分 析 和 三 维 重 建 等 分 析。,激光共聚焦显微镜 Laser Scanning Confocal Microscope,原理和应用,82,83,一 . 激 光 共 聚 焦 显 微 镜 系 统 应 用 领 域 ：,涉及医学、动植物科研、生物化学、细菌学、细胞生物学、组织胚胎、 食 品 科 学 、 遗 传 、 药 理 、 生 理、 光 学、 病 理、 植

51、物 学、 神 经 科 学 、 海 洋 生 物 学 、 材 料 学 、 电 子 科 学 、 力 学、 石 油地 质 学、 矿 产 学。,二 . 基 本 原 理,传统的光学显微镜使用的是场光源，标本上每一点的图像都会受到邻 近 点 的 衍 射 或 散 射 光 的 干 扰 ；激 光 扫描 共 聚焦 显 微 镜利 用 激 光 束 经 照 明 针 孔 形 成 点 光 源 对 标 本 内 焦 平 面 的每 一 点扫 描 ，标 本 上 的被 照 射 点 ， 在 探 测 针 孔,处成像，由探测针孔后的光点倍增管（ PMT ）或冷电耦器件（ cCCD ）逐点,或 逐 线 接 收 ， 迅 速 在 计 算 机 监视

52、 器 屏幕 上 形成 荧 光 图像 。 照 明 针 孔 与 探 测 针 孔 相 对 于 物 镜 焦 平 面 是 共 轭 的， 焦 平面 上 的点 同 时 聚焦 于 照 明 针 孔 和 发 射 针 孔 ， 焦 平 面 以 外 的 点 不 会 在 探测 针 孔处 成 像， 这 样 得到 的 共 聚 焦 图 像 是 标 本 的 光 学 横 断 面 ， 克 服 了 普 通 显微 镜 图像 模 糊的 缺 点 。,83,84,三 . 应 用 范 围 ：, 细胞形态学分析（观察细胞或组织内部微细结构，如：细胞内线粒体、内质网、,高尔基体、微管、微丝、细胞桥、染色体等亚细胞结构的形态特征；, 半定量免疫荧光分析）； 荧光原位杂交研究；, 基因定位研究及三维重建分析。,1. 细胞生物学：细胞结构、细胞骨架、细胞膜结构、流动性、受体、细胞器结构,和分布变化,2. 生物化学：酶、核酸、 FISH （荧光原位杂交）、受体分析 3. 药理学：药物对细胞的作用及其动力学,4. 生理学：膜受体、离子通道、细胞内离子含量、分布、动态,5. 神经生物学：神经细