TEM樣品的制備課程

TEM樣品的制備課程第1頁/共54頁透射電鏡的復(fù)型技術(shù)（間接樣品）

對復(fù)型材料的主要要求：①復(fù)型材料本身必須是“無結(jié)構(gòu)”或非晶態(tài)的；②有足夠的強(qiáng)度和剛度，良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐電子束轟擊性能;③復(fù)型材料的分子尺寸應(yīng)盡量小，以利于提高復(fù)型的分辨率，更深入地揭示表面形貌的細(xì)節(jié)特征;

常用的復(fù)型材料是非晶碳膜和各種塑料薄膜。第2頁/共54頁一級復(fù)型塑料一級復(fù)型和碳一級復(fù)型

塑料一級復(fù)型：在已制備好的表面清潔的金相樣品或斷口樣品上滴幾滴體積濃度為1%的火棉膠醋酸戊酯溶液或醋酸纖維素丙酮溶液，溶液在樣品上展平，用濾紙把多余的溶液吸掉，待溶液蒸發(fā)后樣品表面即留下一層100nm左右的塑料薄膜。揭下薄膜，剪成對角線小于3mm的小方塊或直徑為3mm的圓片，放在專用銅網(wǎng)上，即可進(jìn)行TEM分析。這種復(fù)型屬于負(fù)復(fù)型。根據(jù)質(zhì)厚襯度原理，塑料復(fù)型樣品可以得到具有襯度的圖像。第3頁/共54頁特點(diǎn)：可以用于金相組織的分析，其圖像與金相顯微組織有極好的對應(yīng)性；制備簡便，對分析直徑為20nm左右的細(xì)節(jié)比較清晰；只能做表面比較平整樣品的分析，不適合表面起伏較大的樣品；分辨率不高，在電子束照射下容易分解。第4頁/共54頁

碳一級復(fù)型：直接把表面清潔的金相樣品放入真空鍍膜裝置中，在垂直樣品表面的方向蒸鍍一層數(shù)十納米的碳膜。把噴有碳膜的樣品用小刀劃成對角線小于3mm的小方塊，然后把該樣品放入配好的分離液中進(jìn)行電解或化學(xué)分離。電解分離時，樣品做陽極，不銹鋼平板作陰極。不同樣品選用不同的電解液、拋光電壓和電流密度。分離的碳膜在丙酮或酒精中清洗后便可置于銅網(wǎng)上放入電鏡觀察?；瘜W(xué)分離一般用氫氟酸雙氧水溶液。特點(diǎn)：碳粒子小，分辨直徑達(dá)2nm；膜厚度均勻；導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能較好；但相對較為復(fù)雜。第5頁/共54頁

碳一級復(fù)型與塑料一級復(fù)型比較：

（1）碳膜的厚度基本相同，塑料膜的上表面基本是平面，膜的厚度隨試樣位置不同而異；（2）塑料復(fù)型不破壞樣品，而碳復(fù)型，樣品受到破壞；（3）碳復(fù)型的分辨率比塑料復(fù)型高；（4）塑料復(fù)型相比碳復(fù)型簡便。第6頁/共54頁7萃取復(fù)型法（一次復(fù)型）可用于表面浮凸?fàn)钗龀鑫锏妮腿。ㄊチ巳∠蜿P(guān)系的信息）,要注意腐蝕液的選擇,腐蝕液不能與萃取相發(fā)生反應(yīng)改變萃取相結(jié)構(gòu)、形態(tài)和尺寸.第7頁/共54頁用于細(xì)夾雜物、析出相的成分、形態(tài)、尺寸分布等分析第8頁/共54頁1．塑料——碳二級復(fù)型

塑料一碳二級復(fù)型由于其制備過程不損壞金相試樣表面，重復(fù)性好，供觀察的第二級復(fù)型一碳膜導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，在電子束照射下較為穩(wěn)定，因而得到廣泛的應(yīng)用。第9頁/共54頁塑料-碳二級復(fù)型制備過程示意圖第10頁/共54頁（1）在樣品表面滴一滴丙酮，然啟貼上一片與樣品大小相近的AC紙(1-6％醋酸纖維素丙酮溶液薄膜)。注意不要留下氣泡或皺折．待AC紙干透后小心揭下。反復(fù)貼AC紙3-4次以去除腐蝕產(chǎn)物，將最后一片AC紙留下，這片AC紙就是所需要的塑料一級復(fù)型。

（2）將AC紙復(fù)型面朝上平整地貼在襯有紙片的膠帶紙上。

（3）將復(fù)型放人真空鍍膜機(jī)真空室中，使投影重金屬的蒸發(fā)源與復(fù)型成一定角度，角度視表面凸凹而定，通常在15一45度之間。常投影后再沿垂直方向噴鍍一層碳．當(dāng)無油處白色瓷片變成淺褐色時為宜。

第11頁/共54頁（4）將醋酸纖維一碳復(fù)合膜剪成小于中3mm小片投入丙酮中，待醋酸纖維素溶解后，用鑷子夾住銅網(wǎng)將碳膜撈起．如果碳膜卷曲，可將其撈人蒸餾水中，靠水的表面聲力把卷負(fù)的碳膜展開，然后再用銅網(wǎng)撈起．

（5）將撈起的碳膜放到濾紙上吸水干燥后即可放人電鏡中觀察。特點(diǎn)：（1）不破壞樣品表面；（2）最終復(fù)型是帶有重金屬投影的碳膜，穩(wěn)定性和導(dǎo)電導(dǎo)熱性好；（3）分辨率與塑料一級復(fù)型相當(dāng)；第12頁/共54頁金屬薄膜樣品的制備薄膜制備的基本要求：

首先薄膜應(yīng)對電子束“透明”，制得的薄膜應(yīng)當(dāng)保持與大塊樣品相同的組織結(jié)構(gòu)。

其次薄膜得到的圖像應(yīng)當(dāng)便于分析，所以即使在高壓電子顯微鏡中也不宜采用太厚的樣品，減薄過程做到盡可能的均勻．薄膜應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和剛性。

最后，薄膜制備方法必須便于控制，具備足夠的可靠性和重復(fù)性。第13頁/共54頁一般程序：(1)線切割——制備厚度約0.20-0.30mm的薄片；(2)機(jī)械研磨減?。河媒鹣嗌凹堁心ブ?00m左右，不可太薄防止損傷貫穿薄片。(3)化學(xué)拋光預(yù)減薄——從圓片的一側(cè)或兩則將圓片中心區(qū)域減薄至數(shù)100m左右；從薄片上切取3mm的圓片。(4)雙噴電解終減薄。（拋光液體：10%高氯酸酒精溶液；樣品用丙酮或者無水酒精裝）第14頁/共54頁雙噴電解拋光裝置原理圖第15頁/共54頁陶瓷材料試樣的制備A.顆粒試樣的制備方法第16頁/共54頁第17頁/共54頁B陶瓷薄膜試樣（離子減?。┑?8頁/共54頁第19頁/共54頁第20頁/共54頁第21頁/共54頁第22頁/共54頁第23頁/共54頁第24頁/共54頁第25頁/共54頁第26頁/共54頁第27頁/共54頁第28頁/共54頁第29頁/共54頁第30頁/共54頁電鏡制樣設(shè)備電鏡制樣是最重要的環(huán)節(jié)之一，應(yīng)該給足夠的重視

試樣研磨器(DiscGrinder)

超聲波切片機(jī)(UltrasonicDiscCutter)

挖坑機(jī)(DimpleGrinder)

離子減薄儀（PrecisionIonPolishingSystem） 電解雙噴儀

真空噴鍍儀(VacuumEvaporator)

第31頁/共54頁32支撐TEM樣品的3mm的網(wǎng)支撐網(wǎng)有多種材料如Cu、Ni、Be、尼龍等可根據(jù)需要進(jìn)行選擇，與要分析樣品的成分分開第32頁/共54頁33

金屬薄膜的制備——預(yù)減薄沖出100m3mm的薄片中心區(qū)域機(jī)械法預(yù)減薄至10m第33頁/共54頁34金屬薄膜樣品的制備——雙噴法可用于導(dǎo)電樣品的制備第34頁/共54頁35金屬薄膜樣品的制備——離子減薄法可用于幾乎所有樣品的制備（但要注意離子損傷傾向和熱效應(yīng)）第35頁/共54頁36幾種樣品制備方法的特點(diǎn)及選擇第36頁/共54頁一與金相制樣相同，制備簡單，不破壞樣品，僅能得到樣品表面形貌，用于組織觀察二次復(fù)型法第37頁/共54頁主要用于鋼中細(xì)小夾雜物、析出相觀察，配合能譜可對細(xì)小夾雜物、析出相進(jìn)行成分分析，利用電子衍射可進(jìn)行相的結(jié)構(gòu)分析萃取法（一次復(fù)型）第38頁/共54頁用于鋼的組織、結(jié)構(gòu)、晶體取向、位錯類型、密度分布等研究金屬薄膜法第39頁/共54頁含銅鋼中ε-Cu析出分析第40頁/共54頁夾雜物的結(jié)構(gòu)分析第41頁/共54頁一雙噴電解法與離子減薄的比較第42頁/共54頁43雙噴電解法與離子減薄的比較第43頁/共54頁

(e)(25000)(f)(100000)離子減薄金屬陶瓷的結(jié)構(gòu)分析第44頁/共54頁

(a)(b)(c)圖6.7透射電鏡下觀察到的孿晶透射電鏡下金屬陶瓷的孿晶

第45頁/共54頁透射電子顯微鏡成像原理第46頁/共54頁質(zhì)厚襯度像

試樣中各部位因質(zhì)量和厚度的差異而對入射電子的散射能力不同，引起圖像中襯度的變化，稱質(zhì)厚襯度像。

特點(diǎn)：單束成像→透射束成像，散射電子對圖像強(qiáng)度無貢獻(xiàn)。第47頁/共54頁生物試樣質(zhì)厚襯度像圖例第48頁/共54頁Au/Ge分形第49頁/共54頁衍射襯度像

晶體試樣中，各部位滿足Bragg條件的程度不同，引起圖像中襯度的差異，稱衍射襯度像

第50頁/共54頁

衍射襯度是來源于晶體試樣各部分滿足布拉格反射條件不同和結(jié)構(gòu)振幅的差異。明場像——采用物鏡光欄將衍射束擋掉，只讓透射束通過而得到圖象襯度的方法稱為明場成像，所得的圖象稱為明場像。

暗場像——用物鏡光欄擋住透射束及其余衍射束，而只讓一束強(qiáng)衍射束通過光欄參與成像的方法，稱為暗場成像，所得圖象為暗場像。暗場成像有兩種方法：偏心暗場像與中心暗場像。衍襯像形成原理第51頁/共54頁明場像暗場像第52頁/共54頁必須指出：①只有晶體試樣形成的衍襯像才存明場像與暗場像