06-TEM-透射电子显微镜(TEM) 材料研究方法

Sample
Soaking period of Ta substrates in SBF
Apatite nucleation
Apatite growth
Untreated NaOH-treated Subsequently heat-treated
4 weeks 1 week 1 week
1 week 1 week 1 week
Tantalum oxide Ta
Sodium tantalate gel Tantalum oxide
Ta
Untreated
NaOH-treated
Surface structural changes of Ta substrate subjected to 0.5M-NaOH treatment at 60°C for 24 h.
an aqueous H2O2 solution with metallic Sb powder at ~100ºC for 1 h.
Transmission electron micrographs and selected area diffraction pattern of LiMn2O4 powder calcined for 2 h at 500ºC
diffraction of spinel grains (c).
块材显微照片 玻璃分相的TEM照片（×18000）
TEM micrograph of macor revealing glass (G), fluorophlogopite laths (F), magnesium fluoride spheroids (MF) and fine acicular mullite (M).
TEM micrograph of Corning Code 9606 showing glass phase (G) and αcordierite (A).
1 µm
1 µm
HRTEM pictures of Si3N4 reference ceramic (a) and the Si3N4 composite with 5 vol%- TiN (b)
1．粉末状试样的制备
用超声波分散器将需观察的粉末置于与试样不发生 作用的液态试剂中，并使之充分地分散制成悬浮液。 取几滴这样的悬浮液加在覆盖有碳加强火棉胶支持 膜的电镜铜网上，待其干燥后，即成为透射电镜研 究用的粉末状样品。
2．薄膜试样的制备
块状材料试样需先用机械方法或化学方法进行预减薄，再用 其他不同的减薄方法制成对电子束透明的薄膜状样品。无机 非金属材料试样常用的减薄方法是离子轰击减薄法。
碳膜复型又有 碳膜一次复型 和塑料-碳膜二 级复型两种方 法。
电子衍射
在电子成像系统中： ♦♦ 使中间镜物平面与物镜像平面重合（成像操作）， 在观察屏上得到的是反映样品组织形态的形貌图像； ♦♦ 而使中间镜的物平面与物镜背焦面重合（衍射操 作），在观察屏上得到的则是反映样品晶体结构的衍射斑点。
High resolution transmission electron microscopy for a destabilized cadmium sulfide (CdS) sol of 4-5 nm particle size. Collapsed particles are clearly observed. It can also be been that the particles are highly crystalline.
离子轰击减薄法是将待研究的试样按预定取向切割成薄片， 经精磨和抛光等机械加工方法将试样进行预减薄至30~40µm 的薄膜状薄片，再装入离子轰击减薄装置内进行离子轰击减 薄至需要的厚度，即得透射电镜研究用的块状材料试样。
3．复型试样的制备
复型试样是一种将待测试样的表面或断口的形状模仿出来的 薄膜；再将复型的薄膜装到透射电镜的样品室内即可研究材料的 显微结构。
高分辨透射电镜照片
陶瓷材料界面的高分辩TEM照片
HR-TEM images of sintered gold doped silica glasses
left: saturated with diluted gold solution right: saturated with saturated gold solution
00 hh
Sodium tantalate (Na2Ta4O11) 3 0 12 1 1 3 0 0 6 3 0 0
Ta
Intensity
550000 nnmm
*
110000 nnmm
O Ta
Na
0
2
4
6
Energy / keV
TEM photographs and EDX spectrum of NaOH-treated tantalum metal. (* : center of electron diffraction and EDX analysis)
UUnnttrreeaatteedd
Tantalum metal 211 110 200
Ta
Intensity
550000 nnmm
*
110000 nnmm
Ta
0
2
4
6
Energy / keV
TEM photographs and EDX spectrum of untreated tantalum metal. (* : center of electron diffraction and EDX analysis)
为更好地获得电子图像，复型材料必须是:（1）非晶质体， 防止电子衍射束的影响；（2）塑印成型性好，以提高鉴别率； (3)有一定的强度、柔韧性、化学稳定性，便于复型试样的制备； （4）有一定的导电性、导热性，并能耐电子束轰击，使原始图 像不失真。在众多的复型材料中，碳是能较好地满足上述条件的 复型材料，因此一般采用碳膜作为复型材料。
Ion
Na+ K+ Mg2+ Ca2+ Cl- HCO3- HPO42- SO42-
SBF
142.0 5.0 1.5 2.5 147.8 4.2 1.0
0.5
Blood plasma 142.0 5.0 1.5 2.5 103.8 27.0 1.0
0.5
SBF (pH7.40, 30ml) Ta substrate
界面中的钛合金和它的表面以及氮化硅过渡层的高分辨TEM照
N
Ti
Si
TEM照中A区的EDS能谱
TEM照中C区的EDS能谱
界面中的钛合金和它的表面以及氮化硅过渡层的高分辨TEM照
钛合金晶格电子衍射谱
氮化硅过渡层的电子衍射谱
SrZr4(PO4)6的单晶衍射谱
NiTi单晶(001)晶带电子衍射谱
金属钽 的表面 处理
Solution synthesis of nanophase nickel as porous electrode
Байду номын сангаас
多孔照片
TEM micrograph of the material obtained by heat-treatment under nitrogen to 170ºC
TEM micrograph of the material obtained by heat-treatment under nitrogen to 400ºC
7722 hh
Apatite 222 211
Ca/P=1.46
Intensity
550000 nnmm
*
110000 nnmm
Ca OP
Ta Mg
Ca
0
2
4
6
Energy / keV
TEM photographs and EDX spectrum of NaOH-treated tantalum metal, after soaking in SBF for 72 h. (* : center of electron diffraction and EDX analysis)
涂层、薄膜照片 SiO2/ZrO2 multilayers (bar=50nm)
SiO2 ZrO2
(a)
(b)
(c)
TEM images of spinel film on SiO2 amorphous layer obtained in bright field (a), in dark field (b) and electron
00..55 hh
Sodium tantalate (Na2Ta4O11) 3 0 12 1 1 3 0 0 6 3 0 0
Ta
Intensity
550000 nnmm
*
110000 nnmm
O Ta Ca
Na
0
2
4
6
Energy / keV
TEM photographs and EDX spectrum of NaOH-treated tantalum metal, after soaking in SBF for 0.5 h. (* : center of electron diffraction and EDX analysis)
成像部分： (a) 物镜 (b) 中间镜 (c) 投影镜
TEM特点
透射电子显微镜具有高分辨率、高放 大倍数等特点，是以聚焦电子束作为照明 源，用电磁透镜对极薄(从几至几十nm)试 样的透射电子源，并使之聚焦成像的电子 光学仪器。
TEM的制样
透射电镜所用的极薄试样有特定的制备方法。透射 电镜研究用的样品要求具有很薄的厚度，将极薄的 试样放在专用的铜网上，并将铜网装在专用的样品 架上，再送入电镜的样品室内进行观察。透射电镜 样品专用铜网是直径为3mm、并有数百个网孔构成 的。透射电镜样品有多种制备方法，主要是根据试 样的状态和试验要求确定的。
Pure Ta disk (10mmφ, 2mm thick)
Grinding with #400 diamond paste Washing with acetone and distilled water
Soaking in 0.5M-NaOH aqueous solution at 60°CC for 24 h
[111] [001]
ZrO2衍射斑点
[011] [112]
（×100K）
（×200K）
微粒的TEM照片
微粒照片
50nm
50nm
50nm
(a)300℃
(b)600℃
(c)1200℃
不同温度下烧成掺锑SnO2超细粉的TEM照片
Bright –field TEM micrograph of Sb2O5·nH2O particles together with a selected area diffraction pattern. The particles were prepared by reacting
透射电子显微镜（TEM）
透射电子显微镜是以波长极短的电子束作为照明源，用电 磁透镜聚焦成像的一种高分辨、高放大倍数的电子光学仪 器。
它由三部分组成： ♦ 电子光学系统（照明、成像、观察记录系统） ♦ 电源与控制系统 ♦ 真空系统
TEM主要可以进行组织形貌与晶体结构同位分析
照明部分： (a) 电子枪 (b) 聚光镜
电子衍射的原理和X射线衍射相似，是以满足布拉格方程作为 产生衍射的必要条件。衍射花样： 多晶体的电子衍射花样是一系列不同半径的同心圆环； 单晶衍射花样由排列得十分整齐的许多斑点所组成； 非晶态物质的衍射花样只有一个漫散的中心斑点。
单晶
多晶 非晶态
常常需 要同时 摄取同 一晶体 不同晶 带的多 张衍射 斑点方 能准确 地确定 其晶体 结构
6688 hh
Ca/P=1.41 Ta
Intensity
550000 nnmm
*
110000 nnmm
OP Ta
Ca Ca
0
2
4
6
Energy / keV
TEM photographs and EDX spectrum of NaOH-treated tantalum metal, after soaking in SBF for 68 h. (* : center of electron diffraction and EDX analysis)
Washing with distilled water Drying at 40°CC for 24 h Heating up to 300°C at a rate of 5 °C/ min
Sample preparation.
Ion concentrations of SBF and human blood plasma