掃描電鏡制樣技巧

1、2010-10-10 掃描電鏡制樣技巧 桂林理工大學材料學院 主講：朱文鳳主講：朱文鳳 不能測試樣品： 1.有磁性物質（必需消磁后測試） 2.液體（如液體是粒狀物，干燥后或用銅 網撈出晾干后方可測試） 3.有毒物質（測試完畢需自行帶走樣品處 理） 一、能譜樣品制樣要求 掃描電鏡能譜分析，能對樣品進行微區(qū)化學分析，對于表面 平整光滑的樣品測試精度能達到半定量分析要求，而輕元 素（、）僅能定性，即確定有無該元素 與否，而對于不平整的樣品，則測試精度較差，有些人將 球狀或不規(guī)則的樣品，試圖對其進行線、面掃描，以期了 解成分的輕微變化，這種研究方法沒有實際意義。 在實際中有應用價值的是，例如在cu片摻

2、入微量的n i，如 想了解ni的分布情況，將cu片磨平拋光后進行ni面或線掃 描分析，根據面分布情況或線曲線結果可知其在面或線上 的分布情況，非常直觀。 銀摻雜線掃描圖 如對樣品na以后的元素進行半定量分析， 對樣品的要求是： 1. 表面無油污和復蓋物（如從器械上拆卸下 來的元件，一定要將油污清洗干凈；如地 質類的薄片，需將蓋玻片去除，并將其表 面的粘膠用酒精不斷反復洗凈） 2. 表面平整光滑，成分均一（n個微米范圍） 3. 成分不均一者，分析結果只能是代表測試 點小于平方微米的結果；做微區(qū)分析時 是微區(qū)區(qū)域范圍的平均值。 4. 粉末樣品必須壓成片狀、塊狀 5.成分襯度像：在檢測表面光滑平整的

3、樣品時， 沒有微區(qū)形貌干擾，如果樣品是由二種以上的 物質組成，則可以獲得成分襯度像。背散射電 子像既可以用來顯示形貌襯度，也可以用來顯 示成分襯度。成分襯度是由試樣微區(qū)的原子序 數或化學成分的差異所形成的。對于不平整樣 品和亞微米級以下的粉末樣品，則成分襯度效 果不好。 長在黃銅礦裂隙中自然金的背散射電子像 影響測量結果不確定度的因素 a.試樣的不均一性 b.試樣粗糙度：顆粒大、不平 c.拋光假象：污染、化學影響 d.導電膜：鍍膜材料不同影響分析結果 e.試樣荷電：接地不良 f.錯誤的幾何位置：工作距離、傾斜 二、掃描照像樣品的清潔處理 樣品表面常常附著灰塵、硅酸鹽或油污，特別是經過切 割或敲

4、碎的樣品，粘有大量浸染物和碎片，可用洗耳球 吹拂或者將樣品放入盛有酒精或丙酮的容器，超聲清潔 至少10 min，若溶液仍污濁，還要更新溶液重復超聲。 1.金屬材料樣品清潔 金屬材料的陳舊表面多有銹斑或浸染物覆蓋，在觀 察前必須清理干凈，利用蘸有丙酮的ac紙（醋酸纖維素 膜）緊壓表面，待其干透后把ac紙剝下，浸染物被剝離， 有時需要反復粘附和剝離幾次，再將樣品放入丙酮中超 聲清洗，溶掉表面殘余的ac紙，露出斷口的原始表面。 粘油污的元器件可用酒精或丙酮擦洗后超聲。 2.陶瓷樣品清潔： 陶瓷在燒結時有正反面之分，拿出來時一 定注意不要將反面拿來觀察。陶瓷樣品在預燒 處理時會加上一定的粘結劑，如要觀

5、察陶瓷的 結晶顆粒，也需要用一定量的酸或堿將所要觀 察的陶瓷面浸泡，做熱腐蝕處理，將粘結劑溶 蝕掉，才能觀察到陶瓷的晶粒。水泥等塊狀樣 品也是一樣的道理。 超細陶瓷的制樣 比如對zro2晶粒比較細致的陶瓷體,燒結出來時,表面往 往十分光滑,沒有什么襯度,晶粒與玻璃相之間結合致密, 在觀察晶粒晶形時,只做簡單的制樣,就不能達到較好的 分析目的。那么對于像zro2這類陶瓷樣品,如何制樣才 能比較有利于觀察目的呢?為了分析zro2晶粒的形成情 況,希望比較好地暴露出晶粒與晶粒之間的輪廓,可以先 用清水加入適量的洗滌劑,對樣品做清潔處理,之后,再用 10%的hcl水溶液處理樣品表面,將晶粒之間的玻璃相

6、腐 蝕掉,以使晶粒暴露的更加充分。但一定要把握好處理 的強度,可以選取不同濃度的hcl溶液,按不同的時間梯 度制備幾組樣品,選擇其中處理較好的樣品做為分析用 樣。在以上處理完成之后要用清水(蒸餾水為好)分次對 酸蝕后的樣品做清洗,再用超聲波清洗機對樣品做超聲 處理,以徹底清潔樣品表面后,將樣品放入干燥箱進行干 燥處理之后,就可以做樣品表面導電層處理了. 水泥或陶瓷自然斷面樣品 經處理后的陶瓷斷面像 針對觀察目的不同來進行處理，如珍珠要觀察碳酸鹽的 排列方式要將有機質溶蝕掉；要觀察有機質的排列方式 則將碳酸鹽溶掉。有些細菌或微生物樣品，則要了解該 生物的形狀，才能在樣品中確認。如果不能確認，最好

7、 是先進行生物樣品的掃描，然后再在樣品中尋找。 3.生物樣品處理 長在污泥中的生物掃描電鏡像 4鍍膜樣品處理 由于鍍膜樣品容易脫落，在制樣過程中要特別注意裁截 方式，如鍍件較小往往可以直接觀察，如樣品較大用剪 刀裁剪的話，應盡量觀察樣品的中心部位。 硫化鋅鍍膜掃描電子像 5.橡膠樣品的制樣 橡膠是粘彈性物質,又是絕緣體，既會產生彈性 ，又極易產生荷電現象，要進行掃描電鏡分析 ，其樣品的前處理非常關鍵。 目前常用的橡膠制樣方法有冷凍、撕裂、快速 切割和刻蝕等方法。 如將橡膠冷凍到脆性溫度以下,才能保證橡膠斷 裂面的真實性,避免橡膠本身彈性狀態(tài)下拉斷的 凸凹斷面干擾橡膠的觀察。 6.固體樣品的安裝

8、 將導電雙面膠帶（碳或銅）粘在樣品臺面，剝去背 紙，露出膠面，把樣品直接粘到膠帶上即可，粘結時要 確保底面與膠面貼實，為此要求樣品貼面保持平整，可 以事先用砂紙磨平。一些不規(guī)則的樣品可自制專用樣品 夾持臺，利用螺釘從三個方向堅固樣品。 不導電樣品可從樣品表面粘一個導電膠帶延申至樣 品座上表面，在樣品表面與樣品臺之間形成導體。不導 電樣品在能代表樣品形貌的情況下要盡量小，體積大了 更容易產生荷電現象。 陶瓷表面與樣品座銅柱之間用導電膠連接 水泥或陶瓷自然斷面樣品之間用導電膠連接 大塊不導電樣品掃描電子像 不導電小塊樣品掃描電子像 三、粉末樣品 顆粒或纖維樣品多為粉末狀，制備樣品時應該保證粉料 與

9、樣品臺粘勞（特別要控制樣品的量，保證樣品不重 疊），否則樣品在真空中飛起污染電鏡。另外粉末狀樣 品容易團聚，制備過程應該盡量使其分散。目前常用的 分散方法有：干法、濕法 1、干法 干法適用于安裝數微米級的大顆粒，制備步驟為“撒、 刮、吹”三項。首先將樣品撒在樣品臺的雙面膠帶上， 用手指輕彈樣品臺四周，粉料會均勻地向膠面四周移動， 鋪平一層，側置樣品臺，將多余材料抖掉；第二步用紙 邊輕刮顆粒面，并輕壓使其與膠面貼實；第三步用洗耳 球從不同方向吹拂。第四步將樣品坐橫放，用鑷子夾住 不斷敲擊使散落樣品掉落。 常用的方法是取05 g左右的粉末放在一 塊玻璃板上,藉多次的四分法達到約001 g左右,將粉

10、末樣品置于樣品臺上,滴幾滴 分散液,用刮勺或玻璃棒進行揉研,使樣品 分散,待液體揮發(fā)后觀測,這種傳統(tǒng)的制樣 方法存在著許多缺點: (1)如果揉研過程不適當,顆粒不但達不到分散, 反而會團聚。 (2)若顆粒較脆時,導致顆粒粉碎,測量結果失真. (3)對于掃描電鏡,常用的揮發(fā)性液體有松節(jié)油 、甘油、液體石蠟等帶粘滯性液體,在使用此類 液體時,對揉研分散過程起潤滑作用,顆粒能較 牢地粘結在樣品臺上,但成像清晰度較差. 直接撒粉法 將粉末直接撒在清潔光亮的樣品臺上,滴一滴 05%火棉膠醋酸戊脂溶液于試樣邊沿,火棉膠 液立即浸潤粉末,再把試樣臺水平輕輕晃動幾下 ,使試樣分布平整、均勻,并用電熱風吹干,粉

11、末 固定在樣品臺上即可放入電鏡內進行觀察,其優(yōu) 點:制樣方法簡單,但均勻性差,適應于一般要求 的粗顆粒樣品的觀察。 導電膠粘結法 對于150500的粉末可采用一薄層導電膠將粉 末粘在已拋光的銅樣品臺上,其基本做法是先在 樣品臺上均勻涂上一層導電膠(ag膠、石墨孔 膠等),然后將粉末撒在上面,把試樣臺面朝下使 不與膠層接觸的粉粒脫落,這樣,在表面留下被 導電膠粘結的均勻一層。制樣的關鍵在于導電 膠涂敷要均勻,平整,盡可能薄一些,否則會造成 視場起伏或顆粒下陷于膠體內,造成立體失真 溶液均勻法 細粉末的分散好壞是決定測量結果準確 性的重要因素。當粉末粒子為054m和 細微粉末粒子小于05m時,其表

12、面活性 很大,常常是以互相粘附的二次粒子狀態(tài) 存在。若用直接撒粉法往往聚集在一起, 造成測定結果的假象,使測定偏粗。 粉末樣品平整的鋪在碳導電膠上 2.濕法 濕法適用于亞微米或納米級粉料，此類粉料的分散是個 難題，常用超聲分散法。超聲分散液有酒精、蒸餾水、 洗潔精、六偏磷酸鈉、丙酮、苯等，還有粘滯性的物質， 如液體石蠟、鐘表油、松節(jié)油等，還有能形成固體膜的 物質，如醋酸、酯火棉膠溶劑、“cn”共晶溶液等。針 對不同的樣品自行選擇，以樣品不溶于該溶液并能達到 分散為目的。在使用蒸餾水和揮發(fā)性的分散介質時，用 量多少不影響微粒的成像，視場也比較清晰，但它不能 將樣品牢固的固定在樣品臺上，容易造成顆

13、粒脫落。而 粘滯性的分散介質，用量必須合適，用量多了會發(fā)生粒 子由于相互碰撞而團聚在一起。同時油膜對光有吸收作 用，會影響視場的清晰度。對于極性極強而易于團聚的 超細顆粒，往往需要在分散劑中加入一定的分散助劑。 分散時間不小于30分鐘。樣品的分散程度取決于樣品的 特性、分散濃度和超聲時間。 可將粉末顆粒放在酒精或乙醚等清潔且 又不與粉末發(fā)生反應的溶劑中,加入少許 分散劑(偏磷酸鈉等),并均勻搖動或用超 聲波振蕩器和手動攪拌器結合等分散方 式,使其分散均勻。用吸管將含粉粒的溶 液 滴到清潔光亮的樣品臺上,再用一根小小 的木棒粘上少許酒精在樣品臺表面上留 下一層較均勻的粉粒,滴一滴05%火棉膠 醋

14、酸戊脂溶液于試樣邊沿,并用電熱風吹 干即可放入電鏡內進行觀察,這種方法特 別適合于觀察單顆粒的細微粒子。 分散后的樣品固定： 2.1將超聲分散溶液用吸管取出，滴在清潔的載玻片上，待 干后將玻片粘在粘有導電膠的樣品臺上。 2.2 用鑷子鑷住銅網或微柵在超聲溶液中撈一下，將銅網或 微柵再粘到樣品座上，這種方法分散的效果相對較好，但 濃度不好撐握，多了出現團聚現象，少了顆粒又太少。 2.3 將銅網或微柵置于干凈的濾紙上，將超聲分散溶液用滴 管滴在銅網或光柵上，待干后用鑷子將銅網或微柵粘到樣 品柱上。此時溶液的濃度一定要少，一般是有顏色的物質 是液體有輕微的顏色即可。（注意銅網有正反面之分，反 面比較

15、粗糙，正面較為光滑） 2.4樣品直接滴在樣品臺或導電膠上，缺點是臺面的劃痕或 殘留物以及膠帶的結構使你不能辯認超細材料的形貌。滴 在載玻片上能提供一個干凈的承載面，但溶液的量多了會 重新產生團聚，而且玻璃的導電性稍差，圖像效果不好。 將銅網在溶液中撈出將正面粘到導電 膠上 將分散的碳鈉米管滴在微柵中再粘到導電膠上 四、樣品截面 為了研究樣品的內部結構、測定鍍層厚度、元素擴散、 填料是否均勻等，必須將樣品斷開，露出截面，按固體 樣品中的方法將斷口面朝上安裝，注意樣品要垂直 安裝在樣品臺上，同時樣品一定要固定牢 固不能晃有動，才可得到清晰的圖像。 1.直接斷口 1.1如果樣品為13mm的脆性薄片，

16、例如銅片、硅片、 玻璃鍍膜片、陶瓷板等可以直接將其掰斷或打斷。斷 口表面凹凸不平，注意保持原始斷面清潔，垂直安裝 在樣品臺上直接觀察 1.2對于高分子材料可以沖斷或冷凍斷裂獲得斷口，例 如塑料或橡膠制品，將斷面朝上垂直粘勞。 玻璃鍍膜斷面掃描電子像 2拋光截面 許多樣品要觀察金相組織、表面強化層結構、鍍層質 量與厚度測量、印制電路板的缺陷、粉料幾何形狀、x 射線成分檢測等，必須把樣品斷口表面拋光，為此要 把樣品斷口夾持妥當之后進行研磨拋光，可利用以下 幾種方法進行：樹脂鑲嵌法、金屬夾板法、離子束拋 光法 樹脂鑲嵌法：把樣品放在塑料套管中央，利用樹脂把 樣品和塑料管填滿，待樹脂干透后用砂紙研磨拋光露 出樣品面，砂紙從粗到細，直到樣品表面平整，把樣 品洗凈即可。 金屬夾板法：適用于形狀規(guī)則的樣品，利用兩塊金屬 夾板將樣品夾持，用螺栓固緊再拋光。 離子束拋光法：