第4-透射电镜样品制备

薄膜样品制备方法要求：
（1）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 图象的重迭，干扰分析； （3）薄膜应具有一定的强度，具有 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 性，可靠性。
薄膜样品制备步骤：
① 切取薄片（厚度<0.5mm） ② 预减薄：用机械研磨、化学抛光、电解抛 光减薄成“薄片”（0.1mm） ③ 终减薄：用电解抛光、离子轰击减薄成 “薄膜”（<500nm） 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。
离子减薄成套制样设备：
(1)超声切片； (2)研磨； (3)挖坑； (4)离子减薄。
薄膜样品制备
General Steps in TEM Spec. Prep
1. Disk Cutting 3.
Dimple Grinding
<5 µm
Not to scale
500 µm
2.
Disk Grinding
终减薄方法
双喷式电解抛光减薄 离子减薄
薄膜样品制备
电解双喷法制样
1） 原 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。
2） 影响因素：电解液、温度、电压、电流。
3） 特 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。
二级复型照片
二级复型照片
③ 萃取复型
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。 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
2.2.4 薄膜样品制备
从大块试样上，通过各种特 殊方法，制备出能使电子穿 过的薄区。
总结
透射电子显微镜样品制备主要方法：
火棉胶 AC纸 碳膜
支持膜法
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
表面复型及 萃取复型 薄膜样品 制备
塑料一次复型 碳一次复型 二次复型 萃取复型
切薄片 预减薄 最终减薄
材料内部组织、 结构、位错等观察
作业
1、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？ 2、萃取复型主要用来分析哪些组织结构？ 得到哪些信息？ 3、薄膜样品制备步骤是什么？主要用于分 析哪些信息？
在材料研究中，复型法常用以下几种： (1) 塑料一级复型、(2) 碳一级复型 (3) 塑料-碳二级复型 、（4）萃取复型
① 塑料一级复型
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。
70-100 µm
4.
Ion Milling
Ion beam
Not to scale Ion beam * Drawn not to scale
薄膜样品制备
TEM Sample Preparation
Disk Grinding
Heater
70-100 µm
Grinder
薄膜样品制备
TEM Sample Preparation
支持膜法
3、AC纸（醋酸纤维素膜）的制备
AC纸成分： 12%颗粒状醋酸纤维素 + 88%丙酮。 AC纸制备： 将溶液均匀地倒在玻璃板上，形 成一 层薄膜，干后取下即可。
支持膜法
4、 粉末样品的制备步骤：
粉末加入溶剂，在超声波振荡器 上使之均匀混合；
将粉末溶液滴在支持膜上； 在真空镀膜机中镀膜（喷碳、金、 Cr等）。
2.2.3 复型法
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源自文库 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
复型材料和支持膜材料相同。 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。
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 的支持膜称为加强膜。
支持膜法
2、火棉胶膜的制备
火棉胶： 1%火棉胶 + 99%醋酸戊脂溶液。
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 Ф3mm 铜网捞起、凉 干。
Dimple Grinding
<5 µm
Not to scale
薄膜样品制备
TEM Sample Preparation
Ion Milling
Ion beam
Ion beam
薄膜样品制备
离 子 减 薄
Ar+ Ar+
薄膜样品制备
超薄切片法（了解)
用超薄切片机可获得50nm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
2.2 透射电子显微镜的样品制备
2.2.1
引
言
1、TEM对样品的要求：
1）薄，厚度小于200nm； 2）直径Ф3mm圆片。
2、主要制备方法及目的
1）粉末试样： 主要用于粉末材料的形貌观察、颗 粒度的测定及结构与成分分析等； 2）表面复型和萃取复型：
金相组织观察、断口形貌、形变 条纹；第二相形态、分布和结构等；
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。
复型法
二级复型的特点：
优点： 1） 制样简便； 2）不破坏试样表面 3）中间复型为塑料（较厚）较易剥离 4 ）观察膜为碳膜，导电性好（如投影重金 属）。
缺点：
1）间接反映样品表面形貌； 2）易引入假像，如气泡、皱折等； 3）不能提供材料的内部信息；
3）薄膜试样：

样品内部的组织、结构、成分、
位错组态和密度、相取向关系等。
TEM的样品制备方法:
支持膜法 晶体薄膜法 复型法 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
粉末试样多采用此方法。 将试样载在支持膜上，再用铜网承载。 支持膜的作用是支撑粉末试样，铜网的作 用是加强支持膜。
分辨率低（10－20nm），电子束照射下易 分解和破裂。
碳一级复型
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。
分辨率高（2－5nm）， 电子束照射下不易分解和 破裂，样品易遭到破坏。
② 二级复型
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。
薄膜样品制备
薄膜样品制备
氩离子减薄法
原 理：在一定的真空条件下，氩气在高 压下发生电离，氩离子流以一定的入射角 轰击样品，当离子的能量高于样品材料表 面原子的结合能时，样品表层原子发生溅 射。穿孔后，供观察。 特 点：成功率高、可用于非金属材料或 非均匀金属的样品制备，但耗时。
薄膜样品制备
支持膜法
常用的铜网直径为3mm，孔 径 约有数十μm
支持膜法
1、对支持膜的要求：
1 ）要有相当好的机械强度，耐高能 电子轰击； 2）应在高倍下不显示自身组织，本身 颗粒度要小，以提高样品分辨率； 3）有较好的化学稳定性、导电性和导 热性。
支持膜法
常用的支持膜材料有：
火棉胶、 AC纸（醋酸纤维素膜）、碳等。
复型法
几种复型的优缺点：
复型法碳一级复型分辨本领最高，可达2nm(直接取
型本身的颗粒度)，但剥离较难；
决于复
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， 且在电子束轰击下易发生分解和烧蚀； 塑料-碳二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 于断口类试样。