《EM样品的制备》课件.ppt

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1、透射电子显微分析样品制备透射电子显微分析样品制备 要求要求:透射电镜的复型技术金属薄膜样品的制备陶瓷材料试样的制备1要求要求：1.1.1.1.样品要足够薄样品要足够薄样品要足够薄样品要足够薄(10-200nm)(10-200nm)(10-200nm)(10-200nm)2.2.2.2.提供需要观察的、有代表性的视场提供需要观察的、有代表性的视场提供需要观察的、有代表性的视场提供需要观察的、有代表性的视场3.3.3.3.不能改变样品的结构与成分不能改变样品的结构与成分不能改变样品的结构与成分不能改变样品的结构与成分 （如机械损伤、化学反应、组织转变）（如机械损伤、化学反应、组织转变）（如机械损伤

2、、化学反应、组织转变）（如机械损伤、化学反应、组织转变）4.4.4.4.满足真空环境的要求、具一定导电性、可经受满足真空环境的要求、具一定导电性、可经受满足真空环境的要求、具一定导电性、可经受满足真空环境的要求、具一定导电性、可经受电子束的辐照等电子束的辐照等电子束的辐照等电子束的辐照等透射电镜的复型技术（间接样品）透射电镜的复型技术（间接样品）对复型材料的主要要求：对复型材料的主要要求：复型材料本身必须是复型材料本身必须是“无结构无结构”或非晶态的；或非晶态的；有足够的强度和刚度，良好的导电、导热和耐电子有足够的强度和刚度，良好的导电、导热和耐电子束轰击性能束轰击性能;复型材料的分子尺寸应尽

3、量小，以利于提高复型的复型材料的分子尺寸应尽量小，以利于提高复型的分辨率，更深入地揭示表面形貌的细节特征分辨率，更深入地揭示表面形貌的细节特征;常用的复型材料是非晶碳膜和各种塑料薄膜。常用的复型材料是非晶碳膜和各种塑料薄膜。一级复型一级复型塑料一级复型和碳一级复型塑料一级复型和碳一级复型 塑料一级复型：塑料一级复型：在在已已制制备备好好的的表表面面清清洁洁的的金金相相样样品品或或断断口口样样品品上上滴滴几几滴滴体体积积浓浓度度为为1%的的火火棉棉胶胶醋醋酸酸戊戊酯酯溶溶液液或或醋醋酸酸纤纤维维素素丙丙酮酮溶溶液液，溶溶液液在在样样品品上上展展平平，用用滤滤纸纸把把多多余余的的溶溶液液吸吸掉掉，

4、待待溶溶液液蒸蒸发发后后样样品品表表面面即即留留下下一一层层100nm左左右右的塑料薄膜。的塑料薄膜。揭揭下下薄薄膜膜，剪剪成成对对角角线线小小于于3mm的的小小方方块块或或直直径径为为3mm的圆片，放在专用铜网上，即可进行的圆片，放在专用铜网上，即可进行TEM分析。分析。这种复型属于负复型。这种复型属于负复型。根根据据质质厚厚衬衬度度原原理理，塑塑料料复复型型样样品品可可以以得得到到具具有有衬衬度度的图像。的图像。特点：特点：可可以以用用于于金金相相组组织织的的分分析析，其其图图像像与与金金相相显显微组织有极好的对应性；微组织有极好的对应性；制制备备简简便便，对对分分析析直直径径为为20nm

5、左左右右的的细细节节比较清晰；比较清晰；只只能能做做表表面面比比较较平平整整样样品品的的分分析析，不不适适合合表表面起伏较大的样品；面起伏较大的样品；分辨率不高，在电子束照射下容易分解。分辨率不高，在电子束照射下容易分解。碳一级复型：碳一级复型：直接把表面清洁的金相样品放入真空镀膜装置中，直接把表面清洁的金相样品放入真空镀膜装置中，在垂直样品表面的方向蒸镀一层数十纳米的碳膜。把在垂直样品表面的方向蒸镀一层数十纳米的碳膜。把喷有碳膜的样品用小刀划成对角线小于喷有碳膜的样品用小刀划成对角线小于3mm3mm的小方块，的小方块，然后把该样品放入配好的分离液中进行电解或化学分然后把该样品放入配好的分离液

6、中进行电解或化学分离。离。电解分离时，样品做阳极，不锈钢平板作阴极。不同电解分离时，样品做阳极，不锈钢平板作阴极。不同样品选用不同的电解液、抛光电压和电流密度。分离样品选用不同的电解液、抛光电压和电流密度。分离的碳膜在丙酮或酒精中清洗后便可置于铜网上放入电的碳膜在丙酮或酒精中清洗后便可置于铜网上放入电镜观察。镜观察。化学分离一般用氢氟酸双氧水溶液。化学分离一般用氢氟酸双氧水溶液。特点特点：碳粒子小，分辨直径达：碳粒子小，分辨直径达2nm2nm；膜厚度均匀；导电、；膜厚度均匀；导电、导热性能较好；但相对较为复杂。导热性能较好；但相对较为复杂。碳一级复型与塑料一级复型比较：碳一级复型与塑料一级复型

7、比较：（1 1）碳膜的厚度基本相同，塑料膜的上表面基本是）碳膜的厚度基本相同，塑料膜的上表面基本是平面，膜的厚度随试样位置不同而异；平面，膜的厚度随试样位置不同而异；（2 2）塑料复型不破坏样品，而碳复型，样品受到破）塑料复型不破坏样品，而碳复型，样品受到破坏；坏；（3 3）碳复型的分辨率比塑料复型高；）碳复型的分辨率比塑料复型高；（4 4）塑料复型相比碳复型简便。）塑料复型相比碳复型简便。萃取复型法（一次复型）萃取复型法（一次复型）可用于表面浮凸状析出物的萃取（失去了取向关系的信息）可用于表面浮凸状析出物的萃取（失去了取向关系的信息）,要注意腐蚀液要注意腐蚀液的选择的选择,腐蚀液不能与萃取相

8、发生反应改变萃取相结构、形态和尺寸腐蚀液不能与萃取相发生反应改变萃取相结构、形态和尺寸.8用用于于细细夹夹杂杂物物、析析出出相相的的成成分分、形形态态、尺尺寸寸分分布布等等分析分析1 1塑料塑料碳二级复型碳二级复型 塑料一碳二级复型由于其制备过程不损坏金塑料一碳二级复型由于其制备过程不损坏金相试样表面，重复性好，供观察的第二级复型一相试样表面，重复性好，供观察的第二级复型一碳膜导电导热性好，在电子束照射下较为稳定，碳膜导电导热性好，在电子束照射下较为稳定，因而得到广泛的应用。因而得到广泛的应用。塑料塑料-碳二级复型制备过程示意图碳二级复型制备过程示意图（1 1）在样品表面滴一滴丙酮，然启贴上一

9、片与样品大小在样品表面滴一滴丙酮，然启贴上一片与样品大小相近的相近的ACAC纸纸(1-6(1-6醋酸纤维素丙酮溶液薄膜醋酸纤维素丙酮溶液薄膜)。注意不要留。注意不要留下气泡或皱折待下气泡或皱折待ACAC纸干透后小心揭下。反复贴纸干透后小心揭下。反复贴ACAC纸纸3-43-4次次以去除腐蚀产物，将最后一片以去除腐蚀产物，将最后一片ACAC纸留下，这片纸留下，这片ACAC纸就是所纸就是所需要的塑料一级复型。需要的塑料一级复型。（2 2）将将ACAC纸复型面朝上平整地贴在衬有纸片的胶带纸上。纸复型面朝上平整地贴在衬有纸片的胶带纸上。（3 3）将复型放人真空镀膜机真空室中，使投影重金属的将复型放人真空

10、镀膜机真空室中，使投影重金属的蒸发源与复型成一定角度，角度视表面凸凹而定，通常在蒸发源与复型成一定角度，角度视表面凸凹而定，通常在1515一一4545度之间。常投影后再沿垂直方向喷镀一层碳当无度之间。常投影后再沿垂直方向喷镀一层碳当无油处白色瓷片变成浅褐色时为宜。油处白色瓷片变成浅褐色时为宜。（4 4）将醋酸纤维一碳复合膜剪成小于中将醋酸纤维一碳复合膜剪成小于中3mm3mm小片投入丙酮小片投入丙酮中，待醋酸纤维素溶解后，用镊子夹住铜网将碳膜捞起如中，待醋酸纤维素溶解后，用镊子夹住铜网将碳膜捞起如果碳膜卷曲，可将其捞人蒸馏水中，靠水的表面声力把卷负果碳膜卷曲，可将其捞人蒸馏水中，靠水的表面声力把

11、卷负的碳膜展开，然后再用铜网捞起的碳膜展开，然后再用铜网捞起（5 5）将捞起的碳膜放到滤纸上吸水干燥后即可放人电镜中将捞起的碳膜放到滤纸上吸水干燥后即可放人电镜中观察。观察。特点：特点：（1 1）不破坏样品表面；）不破坏样品表面；（2 2）最终复型是带有重金属投影的碳膜，稳定性和导电导）最终复型是带有重金属投影的碳膜，稳定性和导电导热性好；热性好；（3 3）分辨率与塑料一级复型相当；）分辨率与塑料一级复型相当；金属薄膜样品的制备金属薄膜样品的制备薄膜制备的基本要求：薄膜制备的基本要求：首先首先薄膜应对电子束薄膜应对电子束“透明透明”，制得的薄膜应当保持与大，制得的薄膜应当保持与大块样品相同的组

12、织结构。块样品相同的组织结构。其次其次薄膜得到的图像应当便于分析，所以即使在高压电子薄膜得到的图像应当便于分析，所以即使在高压电子显微镜中也不宜采用太厚的样品，减薄过程做到尽可能的显微镜中也不宜采用太厚的样品，减薄过程做到尽可能的均匀薄膜应具有适当的强度和刚性均匀薄膜应具有适当的强度和刚性 。最后最后，薄膜制备方法必须便于控制，具备足够的可靠性和，薄膜制备方法必须便于控制，具备足够的可靠性和重复性。重复性。一般程序：一般程序：(1)(1)线切割线切割制备厚度约的薄片；制备厚度约的薄片；(2)(2)机械研磨减薄：用金相砂纸研磨至机械研磨减薄：用金相砂纸研磨至100 100 m m 左右，左右，不

13、可太薄防止损伤贯穿薄片。不可太薄防止损伤贯穿薄片。(3)(3)化学抛光预减薄化学抛光预减薄从圆片的一侧或两则将圆从圆片的一侧或两则将圆片中心区域减薄至数片中心区域减薄至数100100 m m 左右；从薄片上切取左右；从薄片上切取 3mm3mm的圆片。的圆片。(4)(4)双喷电解终减薄。（抛光液体：双喷电解终减薄。（抛光液体：10%10%高氯酸酒精高氯酸酒精溶液溶液 ；样品用丙酮或者无水酒精装）；样品用丙酮或者无水酒精装）双喷电解抛光装置原理图双喷电解抛光装置原理图 陶瓷材料试样的制备陶瓷材料试样的制备A.A.颗粒试样的制备方法颗粒试样的制备方法B B 陶瓷薄膜试样（离子减薄）陶瓷薄膜试样（离子

14、减薄）电镜制样设备电镜制样设备电镜制样是最重要的环节之一，应该给足够的重视电镜制样是最重要的环节之一，应该给足够的重视试样研磨器试样研磨器(Disc Grinder)超声波切片机超声波切片机(Ultrasonic Disc Cutter)挖坑机挖坑机(Dimple Grinder)离子减薄仪（离子减薄仪（Precision Ion Polishing System）电解双喷仪电解双喷仪真空喷镀仪真空喷镀仪(Vacuum Evaporator)支撑支撑TEMTEM样品的样品的 3mm 3mm 的的网网支撑网有多种材料如支撑网有多种材料如CuCu、NiNi、BeBe、尼龙等可根据需要进行选择，、尼

15、龙等可根据需要进行选择，与要分析样品的成分分开与要分析样品的成分分开33 金属薄膜的制备金属薄膜的制备预减薄预减薄冲出冲出 100100 m m 3mm3mm的的薄薄片片中心区域机械法中心区域机械法 预减薄至预减薄至 1010 m m34金属薄膜样品的制备金属薄膜样品的制备双喷法双喷法可用于导电样品的制备可用于导电样品的制备35金属薄膜样品的制备金属薄膜样品的制备离子减薄法离子减薄法可用于几乎所有样品的制备（但要注意离子损伤倾向和热效应）可用于几乎所有样品的制备（但要注意离子损伤倾向和热效应）36几种样品制备方法的特几种样品制备方法的特点及选择点及选择37一与与金金相相制制样样相相同同，制制备

16、备简简单单，不不破破坏坏样样品品，仅仅能能得得到到样样品品表表面面形形貌，用于组织观察貌，用于组织观察二次复型法二次复型法主主要要用用于于钢钢中中细细小小夹夹杂杂物物、析析出出相相观观察察，配配合合能能谱谱可可对对细细小小夹夹杂杂物物、析析出出相相进进行行成成分分分分析析，利利用用电电子子衍衍射射可可进进行行相相的的结结构分析构分析萃取法（一次复型）萃取法（一次复型）用用于于钢钢的的组组织织、结结构构、晶晶体体取取向向、位位错错类类型型、密度分布等研究密度分布等研究金属薄膜法金属薄膜法含铜钢中含铜钢中-Cu-Cu析出分析析出分析夹杂物的结构分析夹杂物的结构分析一双喷电解法与离子减薄的比较双喷电

17、解法与离子减薄的比较双喷电解法与离子减薄的比较双喷电解法与离子减薄的比较44(e)(25000)(f)(100000)离子减薄离子减薄金属陶瓷的结构分析金属陶瓷的结构分析 (a)(b)(c)图6.7 透射电镜下观察到的孪晶透射电镜下透射电镜下金属陶瓷金属陶瓷的孪晶的孪晶 透射电子显微镜成像原理透射电子显微镜成像原理质厚衬度像质厚衬度像 试样中各部位因质量和厚度的差异而对入射电子的散试样中各部位因质量和厚度的差异而对入射电子的散射能力不同，引起图像中衬度的变化，称质厚衬度像。射能力不同，引起图像中衬度的变化，称质厚衬度像。特点：单束成像特点：单束成像透射束成像，散射电子对图像强度无贡献。透射束成

18、像，散射电子对图像强度无贡献。生物试样生物试样质厚衬度像图例质厚衬度像图例Au/GeAu/Ge分形分形衍射衬度像衍射衬度像 晶体试样中，各部位满足晶体试样中，各部位满足BraggBragg条件的程度不同，引条件的程度不同，引起图像中衬度的差异，称衍射衬度像起图像中衬度的差异，称衍射衬度像 衍射衬度是来源于晶体试样各部分满足布拉格反射衍射衬度是来源于晶体试样各部分满足布拉格反射条件不同和结构振幅的差异。条件不同和结构振幅的差异。明场像明场像采用物镜光栏将衍射束挡掉，只让透射采用物镜光栏将衍射束挡掉，只让透射束通过而得到图象衬度的方法称为明场成像，所得的束通过而得到图象衬度的方法称为明场成像，所得

19、的图象称为明场像。图象称为明场像。暗场像暗场像用物镜光栏挡住透射束及其余衍射束，用物镜光栏挡住透射束及其余衍射束，而只让一束强衍射束通过光栏参与成像的方法，称为而只让一束强衍射束通过光栏参与成像的方法，称为暗场成像，所得图象为暗场像。暗场成像，所得图象为暗场像。暗场成像有两种方法：暗场成像有两种方法：偏心暗场像偏心暗场像与与中心暗场像中心暗场像。衍衬像形成原理衍衬像形成原理明场像明场像暗场像暗场像必须指出：必须指出：只有晶体试样形成的衍衬像才存明场像与暗场像之分，只有晶体试样形成的衍衬像才存明场像与暗场像之分，其亮度是明暗反转的，即在明场下是亮线，在暗场下则为其亮度是明暗反转的，即在明场下是亮线，在暗场下则为暗线，其条件是，此暗线确实是所造用的操作反射斑引起暗线，其条件是，此暗线确实是所造用的操作反射斑引起的。的。它不是表面形貌的直观反映，是入射电子束与晶体试样它不是表面形貌的直观反映，是入射电子束与晶体试样之间相互作用后的反映。之间相互作用后的反映。为了使衍衬像与晶体内部结构关系有机的联系起来，从为了使衍衬像与晶体内部结构关系有机的联系起来，从而能够根据衍衬像来分析晶体内部的结构，探测晶体内部而能够根据衍衬像来分析晶体内部的结构，探测晶体内部的缺陷，必须建立一套理论，这就是衍衬运动学理论和动的缺陷，必须建立一套理论，这就是衍衬运动学理论和动力学理论。力学理论。