透射电镜样品制备.ppt

2.2透射电子显微镜的样品制备透射电子显微镜的样品制备1、TEM对样品的要求：对样品的要求：o1）薄，厚度小于）薄，厚度小于200nm；o2）直径直径3mm圆片。圆片。o2.2.1 2.2.1 引引 言言o1）粉末试样：）粉末试样：主主要要用用于于粉粉末末材材料料的的形形貌貌观观察察、颗颗粒度的粒度的测定及测定及结构与成分分析结构与成分分析等；等；2 2、主要制备方法及目的、主要制备方法及目的2）表面复型和萃取复型：）表面复型和萃取复型：金相组织观察金相组织观察、断口形貌、断口形貌、形变形变条纹；条纹；第二相形态第二相形态、分布和结构分布和结构等；等；3）薄膜试样：）薄膜试样：o 样品内部的组织、结构、成分、样品内部的组织、结构、成分、位错组态和密度、相取向关系等。位错组态和密度、相取向关系等。TEM的样品制备方法:o支持膜法支持膜法复型法复型法晶体薄膜法晶体薄膜法超薄切片法超薄切片法高分子材料必要时还要:染色刻蚀2.2.2支持膜法o粉末试样多采用此方法。o将试样载在支持膜上，再用铜网承载。o支持膜的作用是支撑粉末试样，铜网的作用是加强支持膜。常用的铜网直径为常用的铜网直径为3mm，孔，孔径径约有数十约有数十m支持膜法支持膜法o1）要要 有有 相相 当当 好好 的的 机机 械械 强强 度度，耐耐 高高 能能 电子轰击；电子轰击；o2）应应在在高高倍倍下下不不显显示示自自身身组组织织，本本身身颗粒度要小，以提高样品分辨率；颗粒度要小，以提高样品分辨率；o3）有有较较好好的的化化学学稳稳定定性性、导导电电性性和和导导热性。热性。支持膜法1、对支持膜的要求、对支持膜的要求：常用的支持膜材料有常用的支持膜材料有：火棉胶、火棉胶、AC纸（醋酸纤维素膜）纸（醋酸纤维素膜）、碳等。、碳等。上述材料除了单独能做支持膜材料外，还可以在火棉胶等塑上述材料除了单独能做支持膜材料外，还可以在火棉胶等塑料支持膜上再镀上一层碳膜，以提高其强度和耐热性。镀碳后料支持膜上再镀上一层碳膜，以提高其强度和耐热性。镀碳后的支持膜称为加强膜。的支持膜称为加强膜。支持膜法o火棉胶火棉胶：1%火棉胶+99%醋酸戊脂溶液。o火棉胶膜制备火棉胶膜制备：滴一滴火棉胶溶液在蒸馏水上，扩展开成一层薄膜，用3mm铜网捞起、凉干。支持膜法o2、火棉胶膜的制备、火棉胶膜的制备AC纸成分纸成分：12%颗颗 粒粒 状状 醋醋 酸酸 纤纤 维维 素素 +88%丙酮。丙酮。AC纸制备：纸制备：将溶液均匀地倒在玻璃板上，形将溶液均匀地倒在玻璃板上，形成一成一层薄膜，干后取下即可。层薄膜，干后取下即可。支持膜法3、AC纸（醋酸纤维素膜）的制备纸（醋酸纤维素膜）的制备o粉粉末末加加入入溶溶剂剂，在在超超声声波波振振荡荡器器上使之均匀混合；上使之均匀混合；o将粉末溶液滴在支持膜上；将粉末溶液滴在支持膜上；o在在真真空空镀镀膜膜机机中中镀镀膜膜（喷喷碳碳、金金、Cr等）等）。支持膜法4、粉末样品的制备步骤：粉末样品的制备步骤：复型法复型法o在电镜中易起变化的样品和难以制成薄膜的试样采用此方法。o用对电子束透明的薄膜（碳、塑料、氧化物薄膜）把材料表面或断口的形貌复制下来的一种间接样品制备方法。复型法复型法o复型材料和支持膜材料相同。o表面显微组织浮雕的复型膜，只能进行形貌观察和研究，不能研究试样的成分分布和内部结构。在材料研究中，复型法常用以下几种：在材料研究中，复型法常用以下几种：(1)塑料一级复型、塑料一级复型、(2)碳一级复型碳一级复型(3)塑料塑料-碳二级复型碳二级复型、（、（4）萃取复型）萃取复型塑料塑料一级一级复型复型o样品上滴浓度为1%的火棉胶醋酸戍酯溶液或醋酸纤维素丙酮溶液，溶液在样品表面展平，多余的用滤纸吸掉，溶剂蒸发后样品表面留下一层100nm左右的塑料薄膜。o分辨率低（1020nm），电子束照射下易分解和破裂。碳碳一级一级复型复型o样品放入真空镀膜装置中，在垂直方向上向样品表面蒸镀一层厚度为数十纳米的碳膜。把样品放入配好的分离液中进行电解或化学分离。o分辨率高（25nm），电子束照射下不易分解和破裂，样品易遭到破坏。二级二级复型复型o先一次复型，然后进行二次碳复型，把一次复型溶去，得到第二次复型。o为了增加衬度可在倾斜15-45的方向上喷镀一层重金属，如Cr、Au等。o优点：优点：o1）制样简便；制样简便；o2）不破坏试样表面）不破坏试样表面o3）中间复型为塑料（较厚）较易剥离）中间复型为塑料（较厚）较易剥离o4）观观察察膜膜为为碳碳膜膜，导导电电性性好好（如如投投影影重重金金属属）。复型法复型法复型法复型法二级复型的特点二级复型的特点：缺点：缺点：o1）间接反映样品表面形貌；）间接反映样品表面形貌；o2）易引入假像，如气泡、皱折等；）易引入假像，如气泡、皱折等；o3）不能提供材料的内部信息；）不能提供材料的内部信息；几种复型的优缺点：几种复型的优缺点：复型法复型法碳一级复型碳一级复型分辨本领最高，可达分辨本领最高，可达2nm(2nm(直接取直接取 决于复决于复型本身的颗粒度型本身的颗粒度)，但剥离较难；，但剥离较难；塑料一级复型塑料一级复型操作最简单，但其分辨本领和像的反差均较低，操作最简单，但其分辨本领和像的反差均较低，且在电子束轰击下易发生分解和烧蚀；且在电子束轰击下易发生分解和烧蚀；塑料塑料-碳二级复型碳二级复型操作复杂一些，其分辨本领与塑料一级复型操作复杂一些，其分辨本领与塑料一级复型基本相同，但其剥离起来容易，不破坏原有试样，尤其适应基本相同，但其剥离起来容易，不破坏原有试样，尤其适应于断口类试样。于断口类试样。复型法复型法复型法复型法二级复型照片二级复型照片二级复型照片二级复型照片萃取复型萃取复型o用碳膜把经过深度侵蚀（溶去部分基体）试样表面的第二相粒子黏附下来。o既复制表面形貌，又保持第二相分布状态，并可通过电子衍射确定物相。兼顾了复型膜和薄膜的优点。复型法复型法复型法复型法o从从大大块块试试样样上上，通通过过各各种种特特殊殊方方法法，制制备备出出能能使使电电子子穿穿过的薄区。过的薄区。2.2.4薄膜样品制备薄膜样品制备（1）不引起材料组织的变化；）不引起材料组织的变化；（2）足够薄，否则将引起薄膜内不同层次）足够薄，否则将引起薄膜内不同层次图象的重迭，干扰分析；图象的重迭，干扰分析；（3）薄膜应具有一定的强度，具有）薄膜应具有一定的强度，具有较大面积的透明区域；较大面积的透明区域；（4）制备过程应易于控制，有一定的重复）制备过程应易于控制，有一定的重复性，可靠性。性，可靠性。薄膜样品制备方法要求薄膜样品制备方法要求：薄膜样品制备步骤：切取薄片（厚度0.5mm）预减薄：用机械研磨、化学抛光、电解抛光减薄成“薄片”（0.1mm）终减薄：用电解抛光、离子轰击减薄成“薄膜”（500nm）o避免引起组织结构变化，不用或少用机械方法。终减薄时去除损伤层。终减薄方法终减薄方法双喷式电解抛光减薄 离子减薄o1）原原理理：将样品接正极、电解液接负极。电解液从两侧喷向样品，当样品穿孔后，自动停机，获得中间薄，边缘厚，呈面窝状的TEM薄膜样品。薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备o电解双喷法制样电解双喷法制样2）影响因素：影响因素：电解液、温度、电压、电流。3）特特 点：点：减薄条件易控制，操作方便，重复性好，制样时间短，成功率较高，但只能用于金属试样的制备。薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备o原原理理：在在一一定定的的真真空空条条件件下下，氩氩气气在在高高压压下下发发生生电电离离，氩氩离离子子流流以以一一定定的的入入射射角角轰轰击击样样品品，当当离离子子的的能能量量高高于于样样品品材材料料表表面面原原子子的的结结合合能能时时，样样品品表表层层原原子子发发生生溅溅射射。穿孔后，供观察。穿孔后，供观察。o特特点点：成成功功率率高高、可可用用于于非非金金属属材材料料或或非均匀金属的样品制备，但耗时。非均匀金属的样品制备，但耗时。薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备氩离子减薄法氩离子减薄法(1)超声切片；超声切片；(2)研磨；研磨；(3)挖坑；挖坑；(4)离子减薄。离子减薄。薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备离子减薄成套制样设备：离子减薄成套制样设备：GeneralStepsinTEMSpec.Prep500 mDisk Cutting70-100 mDisk GrindingNot to scale5 mDimple GrindingNot to scaleIon MillingIon beamIon beam1.2.3.4.*Drawn not to scale薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备TEMSamplePreparationHeaterGrinder70-100 mDisk Grinding薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备TEMSamplePreparationNot to scale5 mDimple Grinding薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备TEMSamplePreparationIon beamIon MillingIon beam薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备离子减薄Ar+Ar+薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备用超薄切片机可获得用超薄切片机可获得50nm左右的薄样品。左右的薄样品。主要用于生物试样的薄片制备和比较软的无机材料主要用于生物试样的薄片制备和比较软的无机材料薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备薄膜样品制备超薄切片法（了解超薄切片法（了解)总结总结透射电子显微镜样品制备主要方法：透射电子显微镜样品制备主要方法：支持膜法表面复型及萃取复型薄膜样品制备粉末样品形貌、粒度及成分金相组织、断口形貌第二相形貌、分布等材料内部组织、结构、位错等观察切薄片预减薄最终减薄塑料一次复型碳一次复型二次复型萃取复型火棉胶AC纸碳膜作业作业o1、说明如何用透射电子显微镜观察超细粉末的尺寸和形态？如何制备试样？o2、萃取复型主要用来分析哪些组织结构？得到哪些信息？o3、薄膜样品制备步骤是什么？主要用于分析哪些信息？