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1、第四章 透射电子镜的制样 第5节 样品制备 一、概述 p由于电子束的穿透能力比较低（散射能力强），因此用于TEM分析的 样品厚度要非常薄，根据样品的原子序数大小不同，一般在10 200nm之间。要制备这样薄的样品必须通过一些特殊的方法。根据 原始样品的不同形态，TEM样品可分为间接制样和直接制样。 p要求：p (1) TEM应用的深度和广度一定程度上取决于试样制备技术。p（2）供TEM分析的样品必须对电子束是透明的，通常样品观察区域 的厚度以控制在约100200nm为宜，对于高分辨TEM样品要求厚 度在510nm。p（3）所制得的样品还必须具有代表性以真实反映所分析材料的某些 特征。因此，样品
2、制备时不可影响这些特征，如已产生影响则必须知 道影响的方式和程度。 二、间接样品(复型)的制备 p复型就是表面形貌的复制（其原理与侦破案件时 用的石膏复制罪犯鞋底花纹相似）。通过复型制 备出来的样品是真实样品表面形貌组织结构细节 的薄膜复制品。 p对复型材料的主要要求：p复型材料本身必须是“无结构”或非晶态的；p有足够的强度和刚度，良好的导电、导热和耐 电子束轰击性能。p复型材料的分子尺寸应尽量小，以利于提高复 型的分辨率，更深入地揭示表面形貌的细节特征 。p常用的复型材料是对电子束透明的薄膜非晶 碳膜、各种塑料薄膜和氧化物薄膜）。 二、间接样品(复型)的制备p在电镜中易起变化的样品和难以制成
3、薄膜的试 样采用此方法.p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。复型的种类p按复型的制备方法，复型主要分为：p 一级复型p 二级复型p 萃取复型（半直接样品） 一级复型p一级复型是指在试样表面的一次直接复型。 p一级复型复型主要分为塑料（火棉胶）一级复型 和碳膜一级复型。 p其中，塑料一级复型，相对于试样表面来讲，是 一种负复型，即复型与试样表面的浮雕相反；它 是对样品表面形貌的简单的复制，其表面的形貌 与样品的形貌刚好互补，所以称之为负复型。而 碳膜一级复型是一种正复型。 塑料一级复型p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
4、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。p分辨率低（1020nm），电子束照射下易分解 和破裂。碳一级复型p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。p分辨率高（25nm）， 电子束照射下不易分解和 破裂，样品易遭到破坏。碳膜与塑料一级复型的区别：1.碳膜复型的厚度基本上相同，而塑料复型的厚度 随试样位置而异。 2.塑料复型不破坏样品；而碳膜复型破坏样品（分 离膜与样品时要电解腐蚀样品）。 3.塑料复型因塑料分子较大，分辨率低（10- 20nm)
5、；碳离子直径小，碳膜复型分辨率高 (2nm) 二级复型p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。p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。图 塑料-碳二级复型制备过程示意图 塑料-碳二级复型p塑料-碳二级复型结合两种一级复型的优点。 不破坏样品原始表面；最终复型碳膜，稳定性 和导电导热性都很好，电子束照射下不易分解 和破裂；分辨率和塑料一级复型相当。 p适于粗糙表面和断口的复型。二级复型照片回火组织中析出的颗粒状碳化物 解理断口上的河流花样 低碳钢冷脆断口 30CrMnSi钢回火组织 萃取复型p用碳膜把经过深度侵蚀 （溶去部分基体）
6、试样表 面的第二相粒子黏附下来。p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。萃取复型二、直接样品的制备 p1.粉末样品制备p粉末样品制备的关键是如何将超细粉的颗粒分散开来，各自独立而不 团聚。p胶粉混合法：在干净玻璃片上滴火棉胶溶液，然后在玻璃片胶液上放 少许粉末并搅匀，再将另一玻璃片压上，两玻璃片对研并突然抽开， 稍候，膜干。用刀片划成小方格，将玻璃片斜插入水杯中，在水面上 下空插，膜片逐渐脱落，用铜网将方形膜捞出，待观察。p支持膜分散粉末法： 需TEM分析的粉末颗粒一般都远小于铜网小孔 ，因此要先制备对电子束透明的支持膜。常用的支持膜有
7、火棉胶膜和 碳膜，将支持膜放在铜网上，再把粉末放在膜上送入电镜分析。支持膜法p支持膜的作用是支撑粉末试样，铜网的作用是 加强支持膜。将支持膜放在铜网上，再把粉末 均匀分散地捞在膜上制成待观察的样品。支持膜法p支持膜材料必须具备的条件： 无结构，对电子束的吸收不大； 颗粒度小，以提高样品分辨率； 有一定的力学强度和刚度，能承受电子束的 照射而不变形、破裂。p常用的支持膜材料：火棉胶、碳、氧化铝、聚 乙酸甲基乙烯酯等。p在火棉胶等塑料支持膜上镀一层碳，提高强度 和耐热性，称为加强膜。支持膜法p支持膜上的粉末试样要求高度分散，可根据不 同情况选用分散方法： 悬浮法：超声波分散器将粉末在与其不发生 作
8、用的溶液中分散成悬浮液，滴在支持膜上， 干后即可。为了防止粉末被电子束打落污染镜 筒，可在粉末上再喷一层碳膜，使粉末夹在中 间。 散布法：直接撒在支持膜表面，叩击去掉多 余，剩下的就分散在支持膜上。悬浮法注意事项：p在分散粉末时要特别注意，如果分散不好的，在 电镜下将观察不到单个的粉末颗粒。为了确保 粉末分散，一般用小的容器盛满酒精 或丙酮，然后往里面放入极少量的粉极少量的粉 末样品末样品，之后将其置于超声波振荡器超声波振荡器 中振动15分钟以上，再用带支持膜的 铜网在溶液中轻轻地捞一下即可。粉末（纤维）样品的断面2. 晶体薄膜样品p块状材料多采用此方法。p通过减薄制成对电子束透明的薄膜样品。
9、p薄膜样品制备方法要求： 薄膜样品的组织结构必须和大块样品相同，且制 备过程中不引起材料组织的变化。 薄，相对电子束而言必须有足够的“透明度”， 且避免薄膜内不同层次图像的重叠，干扰分析。 具有一定的强度。晶体薄膜法p薄膜样品制备步骤： 切取：切取薄块（厚度0.5mm） 预减薄：用机械研磨、 Dimpling、化学抛光 等减薄成“薄片”（0.1mm） 终减薄：用电解抛光、离子轰击减薄成“薄膜” （500nm）（视材料而定，对于塑性较好而 又导电的材料，一般采用双喷电解抛光，而对 于陶瓷等脆性较大，又不导电的材料一般用离 子减薄的方法。 ）p避免引起组织结构变化，不用或少用机械方法 。终减薄时去
10、除损伤层。1。电解双喷时，一般要进行冷却，常用液氮 加酒精的方法来冷却，尤其是钢铁材料，必须冷 却，而且最好用液氮。 2。电解双喷时，要调好电流和电压的值，只 有电流和电压的值处于电解抛光的平台时，才能 制造出好的样品。 电解双喷常用电解减薄液 序号 电解液成分与配比 适用材料 1 乙醇（80ml），冰醋酸(80ml)，高氯酸 (15ml)，甘油(10ml) 高温合金，耐热 钢，铝及其合金 。 2 正磷酸(480ml)，硫酸(50ml)，铬酐(80g)， 水(60ml) 铝及铝合金 3 高氯酸(80ml)，冰醋酸(70ml) 钢，硅钢 4 高氯酸(10ml)，乙醇(90ml) 镍基合金，硅钢
11、，马氏体时效钢 离子减薄法p首先一般是用金刚石锯将块状样品切成0.51mm的薄片 ，接下来用手工研磨的方法将薄片研磨到50m左右，然 后用小刀片将其划为略小于3毫米的小块，用树脂胶或者 A、B胶将小块样品粘于铜环或者钼环上，接着用手工研 磨的方法将其研磨至小于20m之后，用挖坑仪将其减薄 至小于10m，然后用离子减薄仪将其减薄至穿孔为止。 离子减薄是采用高能量的Ar离子轰击样品表面，把样品表 面上的原子团或分子团剥离样品。 p对于用离子减薄好了样品，可以先放到光学显微镜下检查 ，一般减薄好的样品在穿孔附近会产生衍射环，如图a所 示，而减薄不好的样品，就观察不到这种衍射环，如图b 所示。离子减薄
12、法a) 减薄好的样品 b) 过减薄的样品离子减薄法p重要的参数：入射角3. 横截面样品的制备p. 选样品 低倍立体显微镜下选样品，表面平坦，没有损伤，不选样品的边缘。 用线锯或解理刀把样品切成小块，样品的对角线不超过3mm即可。 . 清洁处理 无水乙醇-丙酮-两次超声清洗，每次2至3分钟。 . 对粘样品 清洗后的样品从丙酮里捞出来，自然干燥后，在样品的生长表面里涂 上少量胶（MBond610），将两块样品的生长面，面对面粘在一起， 快速放入夹具中加压，固定，在130 左右的加热炉上固化两小时以 上，冷却后取出，用线切割机切成薄片，进一步机械减薄。 p下图是横截面样品的制备示意图，如图a所示，首先将多块具有生长 薄膜的晶片对粘在一起，然后用特殊的装置将其压紧，经过长时间固 化后，再用线切割或者其它方法切出一个略小于3mm的小圆柱（如 图b所示），确保小圆柱的纵向接近轴线的地方存在横截面，接下来 用金刚石锯片将小圆柱切成小的薄片，接下来的工作与非金属材料的 制备相同。不过需要注意的是，横截面样品的制备要难得多，因此制 备的过程中一定要小心仔细，最好在挖坑以后再用抛光轮再抛光一次 ，不然的话在离子减薄时，生长薄膜很容易被减掉。第四章 TEM分析 结束 谢谢!
