TEM樣品的制備方法及注意事項

1、標準第一節(jié)概述由于電子束的穿透水平比擬低散射水平強,因此用于 TEM分析的樣品厚度 要非常薄,根據(jù)樣品的原子序數(shù)大小不同,一般在 5500nm之間.要制備這樣 薄的樣品必須通過一些特殊的方法.復型技術護化學I*光舸拋光法解體和趣薄切片多層膜祥品的載面樣品制備方法粉末樣品的包埋法 FIB 豎焦離子束方袪Focusing Ian Bean電饒樣品制備的拝品制館對于獲得TSSmffiJ電子顯8J顯至關重要的.文案對于從事電子長微學研頑科技工作新不僅要了解和拿1E電後的結構和工 作匱理,而且應該拿握樣品制笛船基專技術.電鍛樣品制爸的特點電饒樣品制備屬于破壞性分析花費時間很釦有時甚至超過整個研丸工作重上

2、.制樣技椎電舷平的開展而 換的.制樣技術分兩大生愉樣品制備、材料科學樣品制備-本文只講述材料科 制備咸薄罠師取訣于電子束的翹水平和分析要求.學中的制樣技術,這些述存焙是有一定睡KJ態(tài)韌質.*電子穿透樣品的障度與電子的能重有關=lOOkVIOOuk 2»0k¥200m；高分融子俸要求飽樣品厚度應在W7下.甚至込以下.多種谿大塊弒柑科、WH哥粒、粉希軒雜伏村科、薄片等 根據(jù)稲的材料*不同的要求,采取不同的制樣芳袪樣品臺畝樣品的空|頁卜瑕為；直徑申at少數(shù)冷缶2人高釣0.3 萍品必碩制龐直徑g中央I厚度aoon»-2om大塊拝品切片方誌啟花切劃金剛J鋸切片統(tǒng)切割第二節(jié)復

3、型技術?襯度：眼睛能觀察到的或者其它媒介能記錄到的光強度或感光度的差異;?質厚襯度就是樣品中不同部位由于原子序數(shù)不同或者密度不同、樣品厚 度不同,入射電子被散射后能通過物鏡光闌參與成像的電子數(shù)量不同, 從而在圖像上表達出的強度的差異.2.1影響質厚襯度的因素:?與原子序數(shù)的關系：物質的原子序數(shù)越大,散射電子的水平越強,在明 場像物鏡光闌只允許散射角小的電子通過中參與成像的電子越少, 圖像上相應位置越暗.?與試樣厚度的關系：設試樣上相鄰兩點的物質種類和結構完全相同,只 是電子穿越的厚度不同,貝U在明場像中,暗的部位對應的試樣厚,亮的 部位對應的試樣薄.?與物質密度的關系：試樣中不同的物質或者不同

4、的聚集狀態(tài),其密度一 般不同,也可形成圖像的反差,但這種反差一般比擬弱.2.2復型技術復型就是外表形貌的復制其原理與偵破案件時用的石膏復制罪犯鞋底花紋相 似.通過復型制備出來的樣品是真實樣品外表形貌組織結構細節(jié)的薄膜復制 品.2.3用于復型制備材料的要求：1必須是非晶材料；2 粒子尺寸必須很??；3 應具備耐電子轟擊的性能.2.4主要采用的復型方法：一級復型法、二級復型法、萃取復型法.2.4.1 一級復型? 一級復型是指在試樣外表的一次直接復型.? 一級復型復型主要分為塑料火棉膠一級復型和碳膜一級復型,以及 氧化膜復型.塑料火棉膠醋酸戊酯溶液或者醋酸纖維素丙酮溶液-AC紙一級復型,相對于試樣外表

5、來講,是一種負復型,即復型與試樣外表的浮雕相反；其形成的示 意圖如下列圖所示.從圖中可以看出,一級塑料復型是對樣品外表形貌的簡單的 復制,它外表的形貌與樣品的形貌剛好互補,所以稱之為負復型.其厚度可以 小到100納米.碳膜一級復型是一種正復型,它與塑料一級復型的區(qū)別是：1. 碳膜復型的厚度根本上相同,而塑料復型的厚度隨試樣位置而異.2. 塑料復型不破壞樣品；而碳膜復型破壞樣品別離膜與樣品時要電解腐蝕樣 品.3. 塑料復型因塑料分子較大,分辨率低10-2Onm;碳離子直徑小,碳膜復型 分辨率高2nm.F面是碳膜一級復型的形成示意圖:242二級復型在塑料一級復型上再制作碳復型,就是一種二級復型.下

6、列圖是二級復型的制作 示意圖.首先在樣品上制作一級塑料復型如圖a所示,然后在一級復型的根底上,垂直鍍上一層碳膜如圖 b所示,然后用重金屬圖 b中是用的Cr 沿一定角度鍍到碳膜上,以增加復型的襯度；最后用丙酮將塑料溶解掉即可得 到二級復型樣品如圖c所示.塑料-碳二級復型的特點：(1)制備復型時不破壞樣品的原始外表；(2 )最終復型帶有重金屬投影；3 )襯度高,穩(wěn)定性、導熱電性好；4 )分辨率低,與一級塑料復型相當；5 )膜的厚度薄.下列圖是合金鋼回火組織及低碳鋼冷脆斷口的二級復型照片,其中圖a是合金鋼回火組織的二級復型照片,可以清楚地看到回火組織中析出的顆粒狀碳化物； 圖b是低碳鋼冷脆斷口的二級

7、復型照片,可以看到解理斷口上的河流把戲.a) 30CrMnSi鋼回火組織二級復型照片；b)低碳鋼冷脆斷口的二級復型照片243萃取復型 用于對第二相粒子形狀、大小和分布以及物相和晶體結構進行分析,復型方法 和碳一級復型類似.在萃取樣品上可在觀察樣品基體組織形態(tài)的同時,觀察第 二相顆粒的大小、形狀、分布以及晶體結構分析.下列圖是萃取復型的制備示意圖,首先將存在第二相析出相的樣品深腐蝕,以使 第二相裸露出來,然后在樣品上鍍上一層碳膜,最后用電解腐蝕的方法,除去 樣品基體,得到的就是只有碳膜和第二相粒子的萃取復型樣品.第三節(jié)粉末樣品的制備3.1膠粉混合法 在干凈玻璃片上滴火棉膠溶液,然后在玻璃片膠液上

8、放少許粉末并攪勻,再將 另一玻璃片壓上,兩玻璃片對研并忽然抽開,稍候,膜干.用刀片劃成小方格, 將玻璃片斜插入水杯中,在水面上下空插,膜片逐漸脫落,用銅網(wǎng)將方形膜撈 出,待觀察.一般用于磁性粉末樣品且觀察倍數(shù)不高.3.2支持膜分散粉末法 常用的支持膜有火棉膠膜和碳膜,將支持膜放在銅網(wǎng)上,再把粉末均勻分散地 撈在膜上制成待觀察的樣品.為了預防粉末被電子束打落污染鏡筒,可在粉末 上再噴一層碳膜,使粉末夾在中間.在分散粉末時要特別注意,如果分散不好 的,在電鏡下將觀察不到單個的粉末顆粒.為了保證粉末分散,一般用小的容 器盛滿酒精或丙酮,然后往里面放入極少量的粉末樣品,之后將其置于超聲波 振蕩器中振動

9、15分鐘以上,再用帶支持膜的銅網(wǎng)在溶液中輕輕地撈一下即可 下列圖是分散較好的粉末樣品實例.第四節(jié)薄膜樣品的制備4.1薄膜樣品的要求：1. 薄膜樣品的組織結構必須和大塊樣品相同；2. 樣品相對電子束而言必須有足夠的“透明度；3. 薄膜樣品應有一定強度和剛度；在樣品制備過程中不允許外表產(chǎn)生氧化和腐蝕.4.2薄膜樣品制備的一般工藝：首先從塊狀樣品中切下厚度約為 0.5毫米的薄片,然后經(jīng)過薄片的預減薄后(手工研磨加挖坑和拋光),最后最終減薄.最終減薄的方法視材料而定,對 于塑性較好而又導電的材料,一般采用雙噴電解減薄法,而對于陶瓷等脆性較 大,又不導電的材料一般用離子減薄的方法.有機材料一般米用切片的

10、方法, 這里不予討論.421金屬薄膜樣品的制備首先用線切割或者電火花切割的方法將塊狀金屬樣品切成0.5m m的薄片,然后用手工的方法將其研磨到0.2mm左右,接著用特制的沖頭將其沖成直徑為 3mm 的小圓片(也可以直接切成厚 0.5mm直徑為3mn!勺小圓片),接著將其研磨 到0.10.15mm,接下來就可以用雙噴電解拋光的方法制備出金屬薄膜樣品了. 電解雙噴時,一般要進行冷卻,常用液氮加酒精的方法來冷卻,尤其是鋼鐵材 料,必須冷卻,而且最好用液氮；不過有的材料也可以不用冷卻.電解雙噴時,要調好電流和電壓的值,只有電流和電壓的值處于電解拋光的平 臺時,才能制造出好的樣品.下列圖是電解又噴示意圖

11、.光敏元件'| law °_T1、 光纖 岀mm試樣光源電解液雙噴式電解減薄裝置示意圖常用電解減薄儀序號電解液成分與配比適用材料1乙醇(80ml),冰醋酸(80ml),高氯 酸(15ml),甘油(10ml)高溫合金,耐熱 鋼,鋁及其合金.2正磷酸(480ml),硫酸(50ml),鉻酐(80g),水(60ml)鋁及鋁合金3高氯酸(80ml),冰醋酸(70ml)鋼,硅鋼14高氯酸(10ml),乙醇(90ml)鎳基合金,硅鋼, 馬氏體時效鋼422非金屬材料薄膜樣品的制備首先一般是用金剛石鋸將塊狀樣品切成 0.51mm的薄片,接下來用手工研磨的 方法將薄片研磨到50卩m左右,然后用小

12、刀片將其劃為略小于 3毫米的小塊, 用樹脂膠或者A、B膠將小塊樣品粘于銅環(huán)或者鉬環(huán)上,接著用手工研磨的方法 將其研磨至小于20卩m之后,用挖坑儀將其減薄至小于10卩m然后用離子減 薄儀將其減薄至穿孔為止.離子減薄是采用高能量的Ar離子轟擊樣品外表,把樣品外表上的原子團或分子團剝離樣品.b過減薄的樣品對于用離子減薄好了樣品,可以先放到光學顯微鏡下檢查,一般減薄好的樣品 在穿孔附近會產(chǎn)生衍射環(huán),如下列圖 a所示,而減薄不好的樣品,就觀察不到這 種衍射環(huán),如下列圖b所示.a減薄好的樣品4.2.3橫截面樣品的制備1 .選樣品低倍立體顯微鏡下選樣品,外表平坦,沒有損傷,不選樣品的邊緣.用線鋸或 解理刀把樣品切成小塊,樣品的對角線不超過3mm即可.2 .清潔處理無水乙醇- 丙酮-兩次超聲清洗,每次2至3分鐘.3 .對粘樣品清洗后的樣品從丙酮里撈出來,自然枯燥后,在樣品的生長外表里涂上少量膠MBond610,將兩塊樣品的生長面,面對面粘在一起,快速放入夾具中加壓, 固定,在130C左右的加熱爐上固化兩小時以上,冷卻后取出,用線切割機切 成薄片,進一步機械減薄.下列圖是橫截面樣品的制備示意圖,如圖 a所示,首先將多塊具有生長薄膜的晶 片對