TEM样品的制备课件
第三章TEM样品制备技术ppt课件
高分辨原子像要求的样品厚度应在10nm以下，甚至5nm以下。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
一、质厚衬度
衬度：眼睛能观察到的或者其它媒介能记录到 的光强度或感光度的差异； 质厚衬度就是样品中不同部位由于原子序数不 同或者密度不同、样品厚度不同，入射电子被散 射后能通过物镜光阑参与成像的电子数量不同， 从而在图像上体现出的强度的差别。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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。
的结构和工作原理，而且应该掌握样品制备的基本技术。
电镜样品制备的特点
电镜样品制备属于破坏性分析。 花费时间很多，有时甚至超过整个研究工作量的一半以上。 制样技术随电镜技术的发展而发展的。 制样技术分两大类：生物样品制备、材料科学样品制备。本文只
讲述材料科学中的制样技术，这些试样大多是有一定硬度的固态 物质。 制备成薄膜，膜厚取决于电子束的穿透能力和分析要求。
支持膜分散粉末法是 常用的制样方法。
第1章02 TEM样品制备、应用
薄膜样品制备方法要求： 薄膜样品制备方法要求：
（1）不引起材料组织的变化； ）不引起材料组织的变化； （2）足够薄，否则将引起薄膜内不同层次图象的重迭， ）足够薄，否则将引起薄膜内不同层次图象的重迭， 干扰分析； 干扰分析； （3）薄膜应具有一定的强度，具有较大面积的透明区域； ）薄膜应具有一定的强度，具有较大面积的透明区域； （4）制备过程应易于控制，有一定的重复性，可靠性。 ）制备过程应易于控制，有一定的重复性，可靠性。
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a-样品制备示意图 样品制备示意图
b-45钢900℃水淬，600℃ 回火1h，6000×
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晶体薄膜制备法
复型法，分辨本领较低， 复型法，分辨本领较低，不能充分发挥透射电镜高分 辨率（ 辨率（0.2~0.3nm）的效能；复型（除萃取复型外）只能 ）的效能；复型（除萃取复型外） 观察样品表面的形貌，而不能揭示晶体内部组织的结构。 观察样品表面的形貌，而不能揭示晶体内部组织的结构。 通过薄膜样品的制备方法， 通过薄膜样品的制备方法，可以在电镜下直接观察分 析以晶体试样本身制成的薄膜样品，从而可使透射电镜得 析以晶体试样本身制成的薄膜样品， 以充分发挥它极高分辨本领的特长， 以充分发挥它极高分辨本领的特长，并可利用电子衍射效 应来成象，不仅能显示试样内部十分细小的组织形貌衬度， 应来成象，不仅能显示试样内部十分细小的组织形貌衬度， 而且可以获得许多与样品晶体结构如点阵类型，位向关系、 而且可以获得许多与样品晶体结构如点阵类型，位向关系、 缺陷组态等有关的信息。 缺陷组态等有关的信息。
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支持膜材料必须具备下列条件： 支持膜材料必须具备下列条件： 本身没有结构，对电子束的吸收不大； ① 本身没有结构，对电子束的吸收不大； 本身颗粒度要小，以提高样品分辨率； ② 本身颗粒度要小，以提高样品分辨率； 本身有一定的力学强度和刚度， ③ 本身有一定的力学强度和刚度，能忍受电子束的 照射而不致畸变或破裂。 照射而不致畸变或破裂。 常用的支持膜材料有：火棉胶、 常用的支持膜材料有：火棉胶、聚醋酸甲基乙烯 酯、碳、氧化铝等。 氧化铝等
TEM样品的制备
2测试样品的制备实验采用线切割将磁体切成不同尺寸的测试样品，尺寸规格分为10x10巧nun，(光学及扫描电镜组织观察)、。
10mmx0.5mm(透射样品)、loxlox12mm3(磁性能测试)、loxlox3mm，(电化学腐蚀测试)、loxloxlomm3(失重测试)、lox一oxZo rnm3(抗压强度测试)、4x4x25nun3(抗弯强度测试)、lox一。
巧5mm3(开v型缺口，冲击韧性测试)，切$l]样品用sie(150，240，400，600，500#)砂纸打磨试样表面，然后在抛光机上进行抛光处理，去除样品表面的划痕，消除表面应力。
抛光剂选用0.5和1.5林m高效金刚石喷雾剂，抛光后试样表面用去离子水冲洗，用丙酮进行超声波清洗。
透射样品制备时，先用松香将片状样品粘在小10mmX20mm圆柱的光滑截面上，随后用砂纸把样品磨到0.25mm后，用0.5μm金刚石喷雾剂抛光样品表面。
之后用清水冲洗，再用无水乙醇棉球擦干;在加热炉上溶解松香取下样品，重复上述步骤磨样品另一面至20μm，之后切成小3mm圆片，并在丙酮中超声波清洗10min。
用502胶粘在铜圈上，装入离子减薄仪(Gatan691.CS)，用Ar离子(纯度99.999%)减薄。
开始减薄时，入射角25℃，加速电压4kv，接近穿孔时，入射角减为10℃，加速电压3kV，减少样品表面损伤。
2.4.4示差扫描量热分析示差扫描量热分析(DifferentialseanningCalorimet仃简称DSC)，能测量试样与参比基准物质之间的温度差与环境温度的函数关系，给出样品在程序温度下的相转变、熔化、结晶等信息!’231。
实验采用NETzscHsTA449c型热分析仪，观察了烧结Nd一Fe一B的居里温度变化，以及晶界中的低熔点相，确定了辅合金熔点温度。
样品质量为一12mg，工作气体为He，测量温度从室温到800℃，升温速率为5℃/min。
2.4.5x射线衍射x射线衍射是鉴定材料物相及其晶体结构的有效手段!”引。
TEM制样技术(共33张PPT)
超薄碳膜
超薄碳膜，也是支持膜的一种，是在微栅的基础上，叠加了一层很薄的碳膜，一般为3-5nm 。这层超薄碳膜的目的，是用薄碳膜把微孔挡住。这主要是针对那些分散性很好的纳米材料 ，如：10nm以下的样品，分散性极好，如果用微栅就有可能从微孔中漏出，如果在微栅孔边 3超缘m薄m，碳薄膜由片，,机于也械是膜磨支光厚持；膜可的能一种会，影是在响微栅观的察基础。上所，叠以加，了一用层超很薄薄的碳碳膜膜，一，般就为3会-5n得m。到很好的效果
Dimple grinder JCP200磁控溅射镀膜仪 金属薄膜样品的制备方法
Resin embedding
Rough polishing 由于电子束的穿透能力有限，为了得到较大的磁场强度，物镜的上下极靴距离做得很短，透射电镜样品室很小，样品台所能放下的样品一般是 Φ3mm，厚度0.
Specimen cutting
Specimen cutting
Precision cutting machine
Resin embedding
Cutting
Rough polishing dia. punching
Precision polishing
Disk punch / Supersonic disk cutter Dia lap polishing system
5、认识并学会使用样品制备的常用工具与耗材。
透射电镜制样用工具类
一、载网类 (纯碳膜、超薄碳膜、微栅、铜网、铜环)—参考网站：新兴百瑞
微栅类：微栅是支持膜的一个品种，在制作支持膜时，特意在膜上制作的微孔，所以也叫“微 栅支持膜”，它也是经过喷碳的支持膜，一般膜厚度为15-20nm。它主要是为了能够使样 品搭载在支持膜微孔的边缘，以便使样品“无膜”观察。无膜的目的主要是为了提高图像衬 度。所以，观察管状、棒状、纳米团聚物等，常用“微栅”支持膜，效果很好。特别是观察 这些样品的高分辨像时，更是最佳的选择；碳膜厚度可根据用户使用情况特制；如果样品 颗粒尺寸小于10nm,请用超薄碳膜。
TEM制样PPT-2
二截面样品制备
1.选样品
2.样品的清洗处理
3.对粘样品
１.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。
２.清洁处理
无水乙醇------丙酮------两次超声清洗，每次2至3分钟。
３.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（M-
Bond610），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。
（按平面样品制备方法）
截面样品制备工艺图
线锯、片锯
切
切
线锯、片锯
2.5mm
~2mm
0.5mm
生长面衬底
三粉末样品制备
1.粉碎研磨
研磨后的粉末放在无水乙醇溶液里，用超声波震荡均匀后滴在微栅上，干燥后进行透射电镜观察。
2.树脂包埋
理想的包埋剂应具有：高强度，高温稳定性，与多种溶剂和化学药品不起反应，如丙酮等，常用的几种包埋剂：G-1，G-2，610，812E。
第四讲-TEM样品制备
电解双喷法
1．冷却设备；2．泵、电解蔽 ；3．喷嘴 4．试样 5．样品 架； 6．光导纤维管
二、块体脆性样品制备流程
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
30CrMnSi钢回火组织
低碳钢冷脆断口
3、萃取复型
既复制试样表面的形貌，同时又把 第二相粒子粘附下来并基本上保持原来的分布状态 不仅可观察基体的形貌，直接观察第二相的形态和分布状 态，还可通过电子衍射来确定其物相。因此，萃取复型兼有 复型试样与薄膜试样的优点。
2.3 透射电镜分辨本领和放大倍数的测定
•点分辨本领的测定： 将铂、铂铱合金或铂钯 合金，用真空蒸发的方式可 以得到粒度为0.5～1nm、间 距为0.2～1nm的粒子，将其 均匀分布在火棉胶（或碳） 支持膜上，在高放大倍数下 拍摄成像。为了保证测定的 可靠性，至少在相同条件下 拍摄两张底片，然后经光学 放大（5倍左右），从照片上 找出粒子最小间距， 除以总 的放大倍数，即可得相应的 点分辨本领。
一、直接样品的制备 1．粉末样品的制备
步骤一、超声波分散
避免颗粒团聚，造成厚度增加
步骤二、将分散悬浮液滴于铜网或微姗网
步骤三、烘干分散液
烘烤时间约20分钟
2．块状样品的制备
块状材料是通过减薄的方法（需要先进行机械或化学 方法的预减薄）制备成对电子束透明的薄膜样品。减薄的 方法有超薄切片、电解双喷和离子减薄等。
晶格分辨本领的测定 利用外延生长方法所制定向单晶薄膜为标样，拍摄晶格像。 晶 体 铜酞青 铂酞青 亚氯铂 酸钾 衍射面 (001) (001) (001) (100) 晶面间距 (nm) 1.26 1.194 0.413 0.699 钯 晶 体 金 衍射面 (200) (220) (111) (200) (400) 测定晶格分辨本领常用晶体 晶面间距 (nm) 0.204 0.144 0.224 0.194 0.097
TEM样品的制备方法及注意事项。
第一节概述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5～500nm之间。
要制备这样薄的样品必须通过一些特殊的方法。
第二节复型技术•衬度：眼睛能观察到的或者其它媒介能记录到的光强度或感光度的差异；•质厚衬度就是样品中不同部位由于原子序数不同或者密度不同、样品厚度不同，入射电子被散射后能通过物镜光阑参与成像的电子数量不同，从而在图像上体现出的强度的差别。
2.1 影响质厚衬度的因素：•与原子序数的关系：物质的原子序数越大，散射电子的能力越强，在明场像（物镜光阑只允许散射角小的电子通过）中参与成像的电子越少，图像上相应位置越暗。
•与试样厚度的关系：设试样上相邻两点的物质种类和结构完全相同，只是电子穿越的厚度不同，则在明场像中，暗的部位对应的试样厚，亮的部位对应的试样薄。
•与物质密度的关系：试样中不同的物质或者不同的聚集状态，其密度一般不同，也可形成图像的反差，但这种反差一般比较弱。
2.2 复型技术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。
2.3 用于复型制备材料的要求：（1）必须是非晶材料；（ 2）粒子尺寸必须很小；（ 3）应具备耐电子轰击的性能。
2.4 主要采用的复型方法：一级复型法、二级复型法、萃取复型法。
2.4.1一级复型•一级复型是指在试样表面的一次直接复型。
•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，以及氧化膜复型。
塑料（火棉胶醋酸戊酯溶液或者醋酸纤维素丙酮溶液－AC纸）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；其形成的示意图如下图所示。
从图中可以看出，一级塑料复型是对样品表面形貌的简单的复制，它表面的形貌与样品的形貌刚好互补，所以称之为负复型。
其厚度可以小到100纳米。
碳膜一级复型是一种正复型，它与塑料一级复型的区别是：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。
TEM制样技术经典课件
普通微栅
小孔微栅
FIB微栅
碳支持膜
当样品放在电镜中观察时，“载网支持膜”在电子束照射下，会产生电荷积累，引起样 品放电，从而发生样品飘移、跳动、支持膜破裂等情况。所以，人们考虑在支持膜上喷 碳，提高支持膜的导电性，达到良好的观察效果。这种经过“喷碳的载网支持膜”，简 称“碳支持膜”，一般膜厚度为7-10nm。 碳支持膜是以有机层为主，膜层较薄，背底一 般影响很小。通常用水或乙醇分散样品，支持膜均不会受腐蚀。载网材料有镍网和钼网 两种；如果您的样品属于磁性粉末样品可以使用两种方法：1.树脂包埋，超薄切片；2.可 以使用双联网碳支持膜。
载网（铜网、镍网、金网、钼网）
环类（单孔环、椭圆环）
三、透射电镜样品的制备
可供透射电镜观察的样品很多，有金属材料、非金属材料， 有小到几十纳米的粉末颗粒，亦有只有几个纳米厚的薄膜，还 有生物等有机材料。
只要能将其制成对电子束透明、表面平整、稳定、易于放 置、耐电子束轰击、不易挥发、不失真、无放射性、可供观察 的样品即可。
TEM制样技术
透射电镜制样用工具类
一、载网类 (纯碳膜、超薄碳膜、微栅、铜网、铜环)—参考网站：新兴百瑞
微栅类：微栅是支持膜的一个品种，在制作支持膜时，特意在膜上制作的微孔， 所以也叫“微栅支持膜”，它也是经过喷碳的支持膜，一般膜厚度为1520nm。它主要是为了能够使样品搭载在支持膜微孔的边缘，以便使样品“无 膜”观察。无膜的目的主要是为了提高图像衬度。所以，观察管状、棒状、 纳米团聚物等，常用“微栅”支持膜，效果很好。特别是观察这些样品的高 分辨像时，更是最佳的选择；碳膜厚度可根据用户使用情况特制；如果样品 颗粒尺寸小于10nm,请用超薄碳膜。
2、平面样品的制备
制样设备: 本实验室目前电镜制样的设备主要有离子减薄、凹坑仪、金刚石 圆片切割仪、电解双喷、机械冲孔、磁控溅射镀膜、超声冲孔等实验设备， 能对薄膜样品、金属块体样品进行制备。
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组员：XXX
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➢一、引言 ➢二、主要制备方法及其特点
1.支持膜法 2.复型法 3.薄膜制备法
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2
一、引言
透射电镜的制样目的
• 制样目的：就是要使样品做的很薄，以 利于电子束的穿过。
• 制样方法：可以是粉碎；切片；研磨； 减薄；分散，以及复型或染色等等。
• 制样使用的设备有：超薄切片机；真空 镀膜机；离子减薄仪等等。
率跟塑料复型差不多，也能达到10nm.
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5) 喷雾法
凡用悬浮法在干燥过程中易产生凝聚的粉粒试 样，也可用特制的喷雾器将悬浮液喷成极细的雾粒， 粘附在支持膜上。
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a
b
a-白垩颗粒；
b-聚苯乙烯塑料球
支持膜法透射电镜图像
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2.复型法
• 在电镜中易起变化的样品和难以制成薄膜 的试样采用此方法。
• 用对电子束透明的薄膜（碳、塑料、氧化 物薄膜）把材料表面或断口的形貌复制下 来的一种间接样品制备方法。
•能否充分发挥电镜的作用，样品的制备是关键， 必须根据不同仪器的要求和试样的特征选择适 当的制备方法。
•电子束穿透固体样品的能力，主要取决于加速 电压V和样品物质的原子序数Z。一般V越高， Z 越低，电子束可以穿透的样品厚度越大。
比如对于透射电镜常用的50~100kV电子束
来说，样品的厚度控制在100~200 nm为宜。
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样品制备
要求：
(1)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50~30பைடு நூலகம்nm之间。
(2)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。
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•TEM应用的深度和广度一定程度上取决于试样 制备技术。
可以在火棉胶等塑料支持膜上再镀上一层碳膜，
以提高其强度和耐热性。镀碳后的支持膜称为
加强膜。
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支持膜上的粉末试样要求高度分散，可根
据不同情况选用如下分散方法：
1) 包藏法：将适量微粒试样加入制造支持膜的有 机溶液中，使之分散，再制成支持膜。 2) 撒布法：干燥分散的微粒试样可以直接撒在支 持膜表面，然后用手轻轻叩击，或用超声波仪进行 处理，去掉多余的微粒，剩下的就分散在支持膜上。 3) 悬浮法：以蒸馏水或有机剂作为悬浮剂，样品 制成悬浮液后滴在支持膜上，干后即成。不能使用 对试样或支持膜有溶解性的溶剂。
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二、主要制备方法及其特点
常见透射电镜样品制备方法包括
支持膜法
复型法
薄膜制备法
超薄切片法
有机高分子材料必要时还要: 染色 刻蚀
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1、支持膜法
粉末试样和胶凝物质水化浆体多采用 此法。一般做法是将试样载在一层支持膜 上或包在薄膜中，该薄膜再用铜网承载。
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• 支持膜的作用是支撑粉末等试样 • 铜网的作用是加强支持膜。 • 常用的铜网直径为3mm，孔径约有数十μm
只能做表面比较平整样品的分析，不适合 表面起伏较大的样品；
分辨率低（10－20nm），电子束照射下易 分解和破裂。
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（2）碳一级复型
• 样品放入真空镀膜装置中， 将碳棒以垂直方向，向样品 表面蒸镀一层厚度为10~20nm 的碳膜(其厚度通过洁白瓷片变 为浅棕色来控制)。然后针尖或 小刀将碳膜划成略小于电镜铜网 的小块，最后把样品放入配好的 分离液中进行电解或化学分离。
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4) 糊状法：
用少量的悬浮剂和分散剂与微粒试样调成糊状， 涂在金属网的支持膜上，然后浸入悬浮液中或用悬 浮液冲洗，则残留在支持膜上的试样就达到均匀分 散的目的。
用凡士林作微粒分散剂，用苯荼溶去凡士林， 也可得到良好的效果。对于在干燥、湿润状态易结 团的微粒试样、油脂物质内的固体成分，可用此法。
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（3）塑料-碳二级复型
用醋酸纤维膜（一般称为AC纸） 进行一次复型，然后进行二次碳 复型，把一次复型溶去，得第 二次复型,就称为塑料-碳二级复型。
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塑料-碳二级复型的特点：
• 1） 制样简便； • 2）不破坏试样表面 • 3）中间复型为塑料（较厚）较易剥离
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• 特点：碳粒子小，分辨率达2nm；膜厚度均匀；
导电、导热性能较好；但相对较为复杂，抛离
较难，样品易遭到破坏学习交。流PPT
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碳一级复型与塑料一级复型比较：
1）碳膜的厚度基本相同，而塑料膜的上 表面基本是平面，膜的厚度随试样位置不同 而异；
2）塑料复型不破坏样品，而碳复型样品 受到破坏；
3）碳复型的分辨率比塑料复型高； 4）塑料复型相比碳复型简便。
• 复型材料和支持膜材料完全相同。
• 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。
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在材料研究中，复型法常用以下几种：
(1) 塑料一级复型 (2) 碳一级复型 (3) 塑料-碳二级复型 (4) 萃取复型
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(1) 塑料一级复型
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支持膜材料必须具备的条件：
① 本身没有结构，对电子束的吸收不大，以免 影响对试样结构的观察； ② 颗粒度小，以提高样品分辨率； ③ 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。
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常用的支持膜（复型）材料有： 火棉胶、聚乙酸甲基乙烯酯、碳、氧化铝等
上述材料除了单独能做支持膜材料外，还
• 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。
样品
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特点：
可以用于金相组织的分析，其图像与金相显 微组织有极好的对应性；
制备简便，对分析直径为20nm左右的细节 比较清晰；
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（4）萃取复型（也称抽取复型）
• 这是在三种复型基础上发展起来的唯一能
提供试样本身信息的复型。
• 用碳薄膜把经过深度侵蚀（溶去部分基体） 试样表面的第二相粒子黏附下来。
• 特点：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。这种复型分辨