TEM樣品製備常用方法及技巧

1、樣品製備重要性

透射電子顯微鏡解析度高、放大倍數高，可以揭示物質內部的微細觀結構，是人們瞭解、認識事物內部結構不可缺少的工具。觀察透射電鏡的最終目的是得到清晰、高質量的照片，要想攝製出一張高質量的TEM照片，首先需要製備出合格的透射電鏡樣品。

2、制樣原則及要求

原則：

a。 製備簡單；

b。 不破壞樣品表面；

c。儘可能獲得大的薄區。

要求：

a。製備出對電子束“透明”的試樣，即根據電子束穿透能力和分析要求，最終樣品形態為直徑為φ3mm，中心厚度≤100nm~200nm；

b。固體、乾燥、無油、無磁性、高真空中能保持穩定。

3、樣品製備類別及方法

3。1粉末樣品製備方法

粉末試樣主要用於粉末材料的的形貌觀察、顆粒度的測定及結構與成分分析等。

原理：粉末顆粒進行懸浮分散處理後，直接乾燥或包埋、支援等處理後進行觀察。

3。1。1支援膜法

適用範圍：粉末試樣和凝膠物質水化漿體多采用此法。

工藝流程：

（1）在銅網上預先粘附一層很薄的支援膜（支援膜種類有方華支援膜、碳支援膜、微柵、超薄碳膜、純碳膜、雙聯載網支援膜等。）；

（2）根據粉末樣品性質選擇合理的分散劑（無水乙醇、蒸餾水。己烷等）；

（3）透過超聲將粉末分散均勻形成懸浮液；

（4）採用滴樣、撈樣或包樣等方法將粉末溶液放置在銅網上面，並烘乾；

（5）確保粉末樣品均勻分佈在銅網上，並沒有汙染物；

（6）用洗耳球輕輕吹銅網，保證沒有易落粉末。

注意事項：粉末樣品製備的關鍵是做好支援膜，並把粉末分散均勻、濃度適中。

下圖銅網、粉末試樣示意圖及粉末試樣。

3。1。2樹脂包埋法

適用範圍：由於尺寸較大，不可直接分散於溶劑中的顆粒樣品。

理想的包埋劑應具有：高強度、高穩定性，與多種溶劑和化學藥品不起反應，如丙酮等，常用的幾種包埋劑G-1、G-2、610、M-Bond600/610、EP812。

工藝流程：

（1）將待觀察的樣品塊放入灌滿包埋劑的適當模具中（常用的包埋劑有M-Bond600/610、G-1、G-2、610、EP812）；

（2）恆溫箱內加溫固化；

（3）將包埋固化後的樣品取出，用超薄切片機切片；

（4）分散於載網上，即可製得透射觀察所需要的樣品。

注意事項：

（1）所有容器及玻璃棒等應是清潔和乾燥的；

（2）配製過程中應攪拌均勻，使用過程中應避免異物，特別是水、乙醇、丙酮等混入包埋劑；

（3）配製好的包埋劑應密封儲存，避免受潮。剩餘包埋劑可密封並儲存在-10~-20℃冰箱中，延長其使用期。

下圖是包埋法制取試樣的示意圖及包埋的Co奈米顆粒試樣。

3。2塊狀樣品製備

塊狀樣品製備成薄膜試樣，主要用於樣品內部的組織、結構、成分、位錯組態和密度、相取向關係等。

原理：用一定方法減薄成材料薄膜。

適用範圍：金屬材料、陶瓷、半導體、複合材料、超導材料等。

工藝流程：

（1）裁剪薄片；

（2）透過手工研磨拋光，將金屬試樣研磨成厚度0。05mm的金屬薄片；

（3）用衝片器將金屬薄片衝成直徑為3mm的小圓，然後對小圓進行釘薄（凹坑）；

（4）最終減薄，其最終減薄方法包括電解雙噴、離子減薄及FIB聚焦離子束法，其中電解雙噴僅適用於導電材料；離子減薄儀易於控制，但速度較慢；FIB適用於半導體器件的切割。

流程如下圖所示：

3。3復型樣品的製備

復型樣品主要用於金相組織觀察、斷口形貌、形變條紋、第二相形態、分佈和結構等。一般情況下在電鏡中易起變化的樣品和難以製成薄膜的試樣採用復型法制備樣品，是一種間接樣品的製備方法。

原理：用復型方法將材料表面或斷口形貌（浮雕）複製下來的復型膜。

用於復型製備材料的要求：

（1）必須是非晶材料；

（2）粒子尺寸必須很小；

（3）應具備耐電子轟擊的效能。

主要採用的復型方法：

一級復型法、二級復型法、萃取復型法。

3。3。1 一級復型

一級復型是指在試樣表面的一次直接復型。主要分為塑膠（火棉膠）一級復型和碳膜一級復型，以及氧化膜復型。

3。3。1。1塑膠（火棉膠）一級復型，是一種負復型，即復型與試樣表面的浮雕相反，其形成的示意圖如下圖所示。一級塑膠復型是對樣品表面形貌的簡單的複製，它表面的形貌與樣品的形貌剛好互補，所以稱之為負復型。其厚度隨試樣位置而異，厚度可以小到 100 nm，並且不破壞樣品，但解析度低（10-20nm）。

工藝流程：

（1）樣品上滴濃度為1%的火棉膠醋酸戍酯溶液或醋酸纖維素丙酮溶液；

（2）溶液在樣品表面展平；

（3）多餘的溶液用濾紙吸掉，溶劑蒸發後樣品表面留下一層塑膠薄膜。

3。3。1。2碳膜一級復型是一種正復型，即復型與試樣表面的浮雕相同，其形成的示意圖如下圖所示，碳膜復型解析度高 （2nm），厚度基本上相同，導電、導熱效能較好，但碳膜復型需要破壞樣品。

工藝流程：

（1）樣品放入真空鍍膜裝置中，將碳棒以垂直向；

（2）向樣品表面蒸鍍一層厚度為10~20nm的碳膜；

（3）然後用針尖或小刀將碳膜劃成略小於電鏡網的小塊；

（4）把樣品放入配好的分離液中進行電解或化學分離。

3。3。2二級復型

塑膠－碳二級復型即在塑膠一級復型上再製作碳復型，就是一種二級復型。二級復型制樣簡便，不破壞試樣表面，中間復型為塑膠（較厚）較易剝離，觀察膜為碳膜，導電性好。

工藝流程：

（1）在樣品上製作一級塑膠復型（如圖 a 所示）；

（2）在一級復型的基礎上，垂直鍍上一層碳膜（如圖b 所示），然後用重金屬（Au、 Cr）沿一定角度15~45°的方向上鍍到碳膜上，以增加復型的襯度；

（3）用丙酮將塑膠溶解掉即可得到二級復型樣品（如圖 c 所示）。

下圖是二級復型的製作示意圖、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復型照片，可以看到解理斷口上的河流花樣。

3。3。3萃取復型

萃取復型也稱抽取復型，是在三種復型基礎上發展起來的唯一能提供試樣本身資訊的復型，可以觀察樣品基體組織形態的同時也可觀察第二相顆粒的大小、形狀、分佈以及晶體結構分析。下圖是萃取復型的製備示意圖。

工藝流程：

（1）將存在第二相析出相的樣品深度腐蝕，裸露出第二相；

（2）然後在樣品上鍍上一層碳膜，

（3）用電解腐蝕的方法，除去樣品基體，得到的就是隻有碳膜和第二相粒子的萃取復型樣品。

以上是對TEM樣品製備常用方法及技巧的彙總

供大家參考