投射样品制备技术
透射电镜样本的制备
喷雾法： 将染色液和悬液样品等量混合，用特制的
喷雾器喷到有膜的铜网上，待干后可用于电镜观察。 喷雾法的优点是雾滴较小，分布均匀，不易凝结成块。 但操作较麻烦，溶液混合时易产生沉淀，并且需要耗 费较多的样品和染色液，尤其容易造成病毒扩散，故 此法不常用。
漂浮法 ：先将带有支持膜的铜网在悬液样品的液滴 上漂浮(有支持膜的那面向下)，然后再在负染色液的 液滴上漂浮。在漂浮期间，样品和染色液被吸附在铜 网的支持膜上，漂浮时间与悬滴法相近。
负染
阴性染色，是相对于普通染色（称正染色）而言。首 先由hall在1955年提出。 Hall在病毒研究中用磷钨酸 染色后，发现图像的背景很暗，而病毒象一个亮晶的 "空洞"被清楚地显示出来。在超薄切片的染色中，染 色后的样品电子密度因染色而被加强，在图像中呈现 黑色。而背景因未被染色而呈光亮，这种染色称为正 染色。而负染色则相反，由于染液中某些电子密度高 的物质(如重金属盐等)"包埋"低电子密度的样品，结 果在图像中背景是黑暗的，而样品像"透明"地光亮。 两者之间的反差正好相反，故称为负染色
H2O
90% 丙酮
15min
100% 丙酮
20min 20min
浸透和包埋
通过脱水剂稀释包埋剂，最终让包埋剂逐渐取代脱水剂， 使其渗透到组织细胞中去
以包埋剂完全浸透到组织内部，经加温逐渐聚合成坚硬的 固体，成为细胞结构的支架，能够承受切片时的各种力的 作用，有利于超薄切片。
丙酮：包埋剂 2：1 丙酮：包埋剂 1：1 纯包埋剂 包埋
5mL 10mL 20mL 30mL 40mL 50mL
2.495 0.62 1.885 0.085 2.57 0.31 2.12 0.085 2.425 0.925 1.65 0.085
透射电镜的样品制备方法详解
透射电镜的样品制备透射电镜的样品制备是一项较复杂的技术，它对能否得到好的ＴＥＭ像或衍射谱是至关重要的．投射电镜是利用样品对如射电子的散射能力的差异而形成衬度的，这要求制备出对电子束＂透明＂的样品，并要求保持高的分辨率和不失真．电子束穿透固体样品的能力主要取决加速电压，样品的厚度以及物质的原子序数．一般来说，加速电压愈高，原子序数愈低，电子束可穿透的样品厚度就愈大．对于１００～２００ＫＶ的透射电镜，要求样品的厚度为５０～１００ｎｍ，做透射电镜高分辨率，样品厚度要求约１５ｎｍ（越薄越好）．透射电镜样品可分为：粉末样品，薄膜样品，金属试样的表面复型．不同的样品有不同的制备手段，下面分别介绍各种样品的制备．（１）粉末样品因为透射电镜样品的厚度一般要求在１００ｎｍ以下，如果样品厚于１００ｎｍ，则先要用研钵把样品的尺寸磨到１００ｎｍ以下，然后将粉末样品溶解在无水乙醇中，用超声分散的方法将样品尽量分散，然后用支持网捞起即可．（２）薄膜样品绝大多数的ＴＥＭ样品是薄膜样品，薄膜样品可做静态观察，如金相组织；析出相形态；分布，结构及与基体取向关系，错位类型，分布，密度等；也可以做动态原位观察，如相变，形变，位错运动及其相互作用．制备薄膜样品分四个步骤：ａ将样品切成薄片（厚度１００～２００微米），对韧性材料（如金属），用线锯将样品割成小于２００微米的薄片；对脆性材料（如Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＮａＣｌ，ＭｇＯ）可以刀将其解理或用金刚石圆盘锯将其切割，或用超薄切片法直接切割．ｂ切割成φ３ｍｍ的圆片用超声钻或ｐｕｎｃｈｅｒ将φ３ｍｍ薄圆片从材料薄片上切下来．ｃ预减薄使用凹坑减薄仪可将薄圆片磨至１０μｍ厚．用研磨机磨（或使用砂纸），可磨至几十μｍ．ｄ终减薄对于导电的样品如金属，采用电解抛光减薄，这方法速度快，没有机械损伤，但可能改变样品表面的电子状态，使用的化学试剂可能对身体有害．对非导电的样品如陶瓷，采用离子减薄，用离子轰击样品表面，使样品材料溅射出来，以达到减薄的目的．离子减薄要调整电压，角度，选用适合的参数，选得好，减薄速度快．离子减薄会产生热，使样品温度升至１００～３００度，故最好用液氮冷却样品．样品冷却对不耐高温的材料是非常重要的，否则材料会发生相变，样品冷却还可以减少污染和表面损伤．离子减薄是一种普适的减薄方法，可用于陶瓷，复合物，半导体，合金，界面样品，甚至纤维和粉末样品也可以离子减薄（把他们用树脂拌合后，装入φ３ｍｍ金属管，切片后，再离子减薄）．也可以聚集离子术（ＦＩＢ）对指定区域做离子减薄，但ＦＩＢ很贵．对于软的生物和高分子样品，可用超薄切片方法将样品切成小于１００ｎｍ的薄膜．这种技术的特点是样品不会改变，缺点是会引进形变．（３）金属试样的表面复型即把准备观察的试样的表面形貌（表面显微组织浮凸）用适宜的非晶薄膜复制下来，然后对这个复制膜（叫做复型）进行透射电镜观察与分析．复型适用于金相组织，断口形貌，形变条纹，磨损表面，第二相形态及分布，萃取和结构分析等．制备复型的材料本身必须是＂无结构＂的，即要求复型材料在高倍成像时也不显示其本身的任何结构细节，这样就不致干扰被复制表面的形貌观察和分析．常用的复型材料有塑料，真空蒸发沉积炭膜（均为非晶态物质）．常用的复型有：ａ塑料一级复型，分辨率为１０～２０ｎｍ；ｂ炭一级复型，分辨率２ｎｍ，ｃ塑料－炭二级复型，分辨率１０～２０ｎｍ；ｄ萃取复型，可以把要分析的粒子从基体中提取出来，这种分析时不会受到基体的干扰．除萃取复型外，其余复型只不过是试样表面的一个复制品，只能提供有关表面形貌的信息，而不能提供内部组成相，晶体结构，微区化学成分等本质信息，因而用复型做电子显微分析有很大的局限性，目前，除萃取复型外，其他复型用的很少．。
3.4 XRD实验方法及样品制备
材料研究方法
35
衍射图形的特点
相关信息
衍射线的位置・强度
定性分析・晶体结构
衍射线的宽度
微晶尺寸
结晶的完整性（原子/晶格的排列）
广 高衍射角的强度衰减
结晶性・原子的热震动
衍射强度的样品依存性
晶体方位的偏离（织构・取向）
角 根据衍射角度的样品方向发生变化 残余应力测试
非晶物质晕ー结晶质谱峰强度比 结晶度化
40
b.步进扫描 步进扫描又称阶梯扫描。步进扫描工作是不连续的，试样每
转动一定的角度Δθ即停止，在这期间，探测器等后续设备开始工 作，并以定标器记录测定在此期间内衍射线的总计数，然后试样 转动一定角度，重复测量，输出结果。图3-34即为某一衍射峰的 步进扫描图形。
Intensity
(c/s)
250
CuSO4·nH2O at 50 °C and varying humidity
2020/8/26
材料研究方法
38
2020/8/26
材料研究方法
39
下图为水泥熟料中最主要矿物C3A的X射线衍射谱
2000
CA 3
Y Axis Title
1000
0
30
60
X Axis Title
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材料研究方法
连续扫描就是让试样和探测器以1:2的角速度作匀速 圆周运动，在转动过程中同时将探测器依次所接收到的各 晶面衍射信号输入到记录系统或数据处理系统，从而获得 的衍射图谱。上图即为连续扫描图谱。
能进行峰位测定、线形、相对强度测定，主要用于物 相的定量分析工作。
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材料研究方法
37
连续式扫描
TEM制样方法及详细步骤
由透射电镜的工作原理可知，供透射电镜分析的样品必须对电子束是透明的；此外，所制得的样品还必须可以真实反映所分析材料的某些特征，因此，样品制备在透射电子显微分析技术中占有相当重要的位置，也是一个涉及面很广的题目。
大体上透射电镜样品可分为间接样品和直接样品。
我们下面将对间接样品的制备作简单介绍。
间接样品“复型”可以分为五步来进行：第一步，在拟分析的样品表面滴一滴丙酮，将醋酸纤维素薄膜即A.C.纸覆盖其上，适当按压形成不夹气泡的一级复型；第二步，待上述一级复型干燥后，小心地将其剥离，并将复制面向上平整地固定在玻璃片上；第三步，将固定好复型地玻璃片连同一白瓷片置于真空镀膜室中，以垂直方向喷涂碳，以制备由塑料和碳膜构成地“复合复型”。
白色瓷片表面在喷碳过程中颜色的变化可以表示碳膜的厚度。
第四步，将复合复型上要分析的区域剪为略小于样品台钢网的小方块后，使碳膜面朝里，贴在事先熔在干净玻璃片上的低熔点石蜡层上，石蜡液层冷凝后即把复合膜块固定在玻璃片上。
将该玻璃片放入丙酮液中，复合复型的A.C.纸在丙酮中将逐渐被溶解，同时适当加热以溶解石蜡。
最后，待AC纸和石蜡溶解干净后，碳膜（即二级复型）将漂浮在丙酮液中，将其转移至清洁的丙酮液中清洗后，再转移至盛蒸馏水的器皿中。
此时，由于水的表面张力，碳膜会平展地漂浮在水面，用样品铜网将其捞起，干燥后即可置于电镜下观察。
透射电镜的样品制备是一项较复杂的技术，它对能否得到好的ＴＥＭ像或衍射谱是至关重要的．投射电镜是利用样品对如射电子的散射能力的差异而形成衬度的，这要求制备出对电子束＂透明＂的样品，并要求保持高的分辨率和不失真．电子束穿透固体样品的能力主要取决加速电压，样品的厚度以及物质的原子序数．一般来说，加速电压愈高，原子序数愈低，电子束可穿透的样品厚度就愈大．对于１００～２００ＫＶ的透射电镜，要求样品的厚度为５０～１００ｎｍ，做透射电镜高分辨率，样品厚度要求约１５ｎｍ（越薄越好）．透射电镜样品可分为：粉末样品，薄膜样品，金属试样的表面复型．不同的样品有不同的制备手段，下面分别介绍各种样品的制备．（１）粉末样品因为透射电镜样品的厚度一般要求在１００ｎｍ以下，如果样品厚于１００ｎｍ，则先要用研钵把样品的尺寸磨到１００ｎｍ以下，然后将粉末样品溶解在无水乙醇中，用超声分散的方法将样品尽量分散，然后用支持网捞起即可．（２）薄膜样品绝大多数的ＴＥＭ样品是薄膜样品，薄膜样品可做静态观察，如金相组织；析出相形态；分布，结构及与基体取向关系，错位类型，分布，密度等；也可以做动态原位观察，如相变，形变，位错运动及其相互作用．制备薄膜样品分四个步骤：ａ将样品切成薄片（厚度１００～２００微米），对韧性材料（如金属），用线锯将样品割成小于２００微米的薄片；对脆性材料（如Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＮａＣｌ，ＭｇＯ）可以刀将其解理或用金刚石圆盘锯将其切割，或用超薄切片法直接切割．ｂ切割成φ３ｍｍ的圆片用超声钻或ｐｕｎｃｈｅｒ将φ３ｍｍ薄圆片从材料薄片上切下来．ｃ预减薄使用凹坑减薄仪可将薄圆片磨至１０μｍ厚．用研磨机磨（或使用砂纸），可磨至几十μｍ．ｄ终减薄对于导电的样品如金属，采用电解抛光减薄，这方法速度快，没有机械损伤，但可能改变样品表面的电子状态，使用的化学试剂可能对身体有害．对非导电的样品如陶瓷，采用离子减薄，用离子轰击样品表面，使样品材料溅射出来，以达到减薄的目的．离子减薄要调整电压，角度，选用适合的参数，选得好，减薄速度快．离子减薄会产生热，使样品温度升至１００～３００度，故最好用液氮冷却样品．样品冷却对不耐高温的材料是非常重要的，否则材料会发生相变，样品冷却还可以减少污染和表面损伤．离子减薄是一种普适的减薄方法，可用于陶瓷，复合物，半导体，合金，界面样品，甚至纤维和粉末样品也可以离子减薄（把他们用树脂拌合后，装入φ３ｍｍ金属管，切片后，再离子减薄）．也可以聚集离子术（ＦＩＢ）对指定区域做离子减薄，但ＦＩＢ很贵．对于软的生物和高分子样品，可用超薄切片方法将样品切成小于１００ｎｍ的薄膜．这种技术的特点是样品不会改变，缺点是会引进形变．（３）金属试样的表面复型即把准备观察的试样的表面形貌（表面显微组织浮凸）用适宜的非晶薄膜复制下来，然后对这个复制膜（叫做复型）进行透射电镜观察与分析．复型适用于金相组织，断口形貌，形变条纹，磨损表面，第二相形态及分布，萃取和结构分析等．制备复型的材料本身必须是＂无结构＂的，即要求复型材料在高倍成像时也不显示其本身的任何结构细节，这样就不致干扰被复制表面的形貌观察和分析．常用的复型材料有塑料，真空蒸发沉积炭膜（均为非晶态物质）．常用的复型有：ａ塑料一级复型，分辨率为１０～２０ｎｍ；ｂ炭一级复型，分辨率２ｎｍ，ｃ塑料－炭二级复型，分辨率１０～２０ｎｍ；ｄ萃取复型，可以把要分析的粒子从基体中提取出来，这种分析时不会受到基体的干扰．除萃取复型外，其余复型只不过是试样表面的一个复制品，只能提供有关表面形貌的信息，而不能提供内部组成相，晶体结构，微区化学成分等本质信息，因而用复型做电子显微分析有很大的局限性，目前，除萃取复型外，其他复型用的很少．TRANSMISSIONELECTRONMICROSCOPE利用电子，一般是利用电子透镜聚焦的电子束，形成放大倍数很高的物体图像的设备。
透射电镜样品制备流程
样品制备是射电镜观察的关键环节，如果样品不足够细腻或有杂质，就无法 得到清晰的观察结果。因此，在制备样品时需要注意以下几点：
样品必须保证足够薄：射电镜的观察效果与样品的薄度成会使用不同的设备和工具。例如，生物样品制备可能 需要使用切片机、真空干燥炉等设备；材料样品制备可能需要使用打磨机、拉丝 机等设备。
在进行射电镜样品制备时，应根据所要观察的样品的性质和结构选择合适的 流程和设备，以便获得清晰的观察结果。
在进行射电镜样品制备时，应注意避免样品污染。样品污染可能会导致观察 结果不准确或无法观察。
射电镜样品制备是在进行射电镜观察前必须进行的一项工作，样品制备的流 程包括以下几个步骤：
采集样品：样品可以是植物、动物或矿物等，需要使用特殊的工具或方法进 行采集。
切割样品：根据所要观察的部位，使用刀具将样品切成较薄的片状。 脱水：将切割好的样品浸泡在溶液中，使其脱去水分。 透明化：将脱水后的样品浸泡在透明化剂中，使其变得透明。 加粘合剂：在样品的表面涂上粘合剂，使其固定在玻片上。 贴装：将样品贴装在射电镜的样品台上，准备进行观察。
样品污染的主要原因有：
样品采集过程中的污染：如果样品采集过程中不注意清洁，可能会导致样品 污染。
样品制备过程中的污染：如果样品制备过程中使用的设备或工具不清洁，也 可能导致样品污染。
周围环境的污染：如果周围环境不清洁，也可能导致样品污染。
为了避免样品污染，应注意保持清洁，使用清洁的设备和工具，并在清洁的 环境中进行样品制备。
样品必须透明：样品必须透明，才能够清晰地观察其内部的结构。 样品必须稳定：在观察过程中，样品必须保持稳定，否则就无法得到清晰的 观察结果。 样品必须无杂质：样品必须保证无杂质，否则就会干扰观察效果。
常规生物透射电镜样品制备概要
Living up to Lifeleica常规生物透射电镜样品制备概要1.取材及固定固定的目的是尽可能使细胞中的各细胞器以及大分子结构保持生活状态，并且牢固地固定在它们原来所在的位置上般来说固定有以下作用:1、破坏细胞的酶系统，阻止细胞的自溶；2、稳定细物质成分，如核酸、核蛋白，糖类和指类，使之发生交联，减少或避免抽提作用，以保存组织成分:3、在一些细胞组分之间以化学反应和物理反应建立交联，以提供一个骨架来稳定各种细胞器的空构型:4、能提供一定的电子反差L1动物及人体织的取材固定组织样品最重要的问题是速度，固定太慢会导致超微结构的改变111注定有条件尽可能活体灌注固定。
先腹腔注射巴比妥酸盐麻赛实验动物（如比妥钠.20-30mg/kg）.打开腹腔，由腹主动脉插入针管，在肝脏附近切开一处静脉，启动蠕动泵开始灌注。
先灌注PBS冲洗液（37C，体积约13倍血液体积，200g 大鼠约需要10ml），可以在PBS内加入抗凝血剂防止血液凝固，然后灌注固定液（先37℃，再4℃），续5-10分钟，另一种灌注方法通过左心室，这种方法需要打开胸腔，动物呼吸停止，针管由左心室插入升主动脉，剪开右心耳，随后的步骤与上述灌注一样。
这种方法在胸腔打开后呼吸会立即停止，要求操作者尽快进行后续操作另外，向心脏插针管比向腹主动脉插针管要简单些，特别是对于一些很小的实验动物灌注后取出组织，切成1mm见方小块，再后用相同固定液固定30-60分钟左右112新检实样定血管不发达的组织，快速活体取材后立即投入固定液，同样，活检样品也要立即投入固定液，然后再尽快切成小块。
方法如下:麻醉或断头急性处死，解剖出所需器官，用解剖剪刀剪取一小块组织，放在干净的纸板上，滴一滴冷却的固定液，用新的、无油污锋利的《双面》刀片将材料切成大约1mm宽m长的小块，再将其切成1mm的小块，取材要尽量快速准确如果有方向要求，如一些空腔器官、皮肤、角膜等，要注意方向性，保证需要观察的部位准确取到。
X射线衍射实验样品制备要求
X射线衍射实验样品制备要求第一篇：X射线衍射实验样品制备要求X射线衍射实验样品制备要求1.金属样品如块状、板状、圆拄状要求磨成一个平面，面积不小于10X10毫米，如果面积太小可以用几块粘贴一起。
对于片状、圆拄状样品会存在严重的择优取向，衍射强度异常。
因此要求测试时合理选择响应的方向平面。
对于测量金属样品的微观应力（晶格畸变），测量残余奥氏体，要求样品不能简单粗磨，要求制备成金相样品，并进行普通抛光或电解抛光，消除表面应变层。
2.粉末样品要求磨成320目的粒度，约40微米。
粒度粗大衍射强度底，峰形不好，分辨率低。
要了解样品的物理化学性质，如是否易燃，易潮解，易腐蚀、有毒、易挥发。
粉末样品要求在3克左右，如果太少也需5毫克。
样品可以是金属、非金属、有机、无机材料粉末。
X射线光电子能谱1.样品的大小块状样品和薄膜样品，其长宽最好小于10mm, 高度小于5 mm。
对于体积较大的样品则必须通过适当方法制备成合适大小的样品。
但在制备过程中，必须考虑处理过程可能对表面成分和状态的影响。
2.粉体样品对于粉体样品有两种常用的制样方法。
一种是用双面胶带直接把粉体固定在样品台上，另一种是把粉体样品压成薄片，然后再固定在样品台上。
前者的优点是制样方便，样品用量少，预抽到高真空的时间较短，缺点是可能会引进胶带的成分。
后者的优点是可以在真空中对样品进行处理，如加热，表面反应等，其信号强度也要比胶带法高得多。
缺点是样品用量太大，抽到超高真空的时间太长。
在普通的实验过程中，一般采用胶带法制样。
3.含有有挥发性物质的样品对于含有挥发性物质的样品，在样品进入真空系统前必须清除掉挥发性物质。
一般可以通过对样品加热或用溶剂清洗等方法。
4.带有微弱磁性的样品由于光电子带有负电荷，在微弱的磁场作用下，也可以发生偏转。
当样品具有磁性时，由样品表面出射的光电子就会在磁场的作用下偏离接收角，最后不能到达分析器，因此，得不到正确的XPS谱。
此外，当样品的磁性很强时，还有可能使分析器头及样品架磁化的危险，因此，绝对禁止带有磁性的样品进入分析室。
透射电镜样品的制作及观察
包埋块的制备（1）取材分别取在铅胁迫浓度为0μg/g、1 000μg/g时，接种AMF的玉米须根。
用镊子夹取玉米须根，并用蒸馏水冲洗干净后，用锋利的无油污双面刀片将其切成0.5 cm大小的根段。
（2）前固定将玉米根段放入装有3%戊二醛固定液的1 ml离心管中，并用真空泵抽去组织内部的气体，0-4℃下固定6 h或过夜。
（3）漂洗用0.1 ml/L PBS（pH7.2）漂洗4-6次，开始时间间隔较短，15~20 min换一次，最后1 h换1次。
（4）后固定1%锇酸4℃固定2 h。
（5）漂洗PBS缓冲液漂洗多次。
（6）丙酮脱水从低浓度脱水剂逐步过渡到高浓度脱水剂。
30%丙酮（20 min）→50%丙酮（30 min）→70%丙酮（30 min）→80%丙酮（30 min）→90%丙酮（30 min）→95%丙酮（30 min）→100%丙酮（30 min）→100%丙酮（30 min）→100%丙酮（30 min）。
（7）浸透浸透的目的是用包埋剂逐步取代植物组织中的脱水剂，使细胞内外空隙被包埋剂所填充。
按Epon812（9.5 ml）、DDSA（4.9 ml）、MNA（5.6 ml）、DMP-30（0.3ml）的比例配好包埋剂。
包埋剂：丙酮（1:3）浸透2~3 h→包埋剂：丙酮（1:1）浸透4~5 h→包埋剂：丙酮（3:1）浸透10~12 h→纯包埋剂浸透24 h→纯包埋剂浸透48 h。
（8）包埋先加一滴包埋剂在包埋板孔前端，再用牙签把组织块送入包埋板孔最前端的中部后，将写好的标签放在后端的中间，最后用纯包埋剂加满包埋孔，不能产生气泡。
（9）聚合将含有包埋好样品的包埋板放入烘箱内，30℃下放置48 h，60℃放置48 h。
组织块从烘箱中取出后，放在干燥器中保存。
3.2.8.2修整包埋块（1）用样品夹夹紧包埋块，放于双目显微镜下。
（2）先用单面刀片将包埋块修成金字塔形，顶面修成大约1 mm2的长方形或梯形。
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生长面
衬底 2.5mm ~2mm
截面样品制备工艺图
线锯、片锯
切
0.5mm
切
线锯、片锯
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
• 磨轮的载荷
根据材料的性质、厚度、磨料的颗粒大小来选择 钉轮的载荷，一般在20g-40g。
• 钉轮直径和钉薄深度的关系
在离子减薄中,因为离子束的入射角都很小， 所以要注意钉薄后样品的边缘可能会挡住样品的 中心部分，钉轮直径（D），钉薄区域（2r）和钉 薄深度（d）的关系近似为：d=r2/D
典型的一个3mm直径样品，抛光后的边缘保 留宽0.4mm，这样保证样品有足够的机械强度。 所以钉薄区域的直径限制在2.2mm。
磨下去原始厚度的一半时抛光，抛光
后用水清洗干净，再用无水乙醇棉球擦 干，就可以翻面磨另一面。
在加热炉上把样品翻面粘在磨具上，重复同样的工 艺。
加热炉
最终厚度控制在80μm以内
70-80μm
3. 钉薄
• 钉薄轮的选择 • 磨料的选择 • 磨轮的载荷 • 磨轮直径和钉薄深度的关系 • 不同的钉轮直径可获得的钉薄深度 • 钉薄前样品的最佳厚度
凹坑底部厚度 （μm） 4 8 12 4 8 12 4 8 12
最佳起始盘厚度 （μm） 84 88 92 64 68 72 52 56 60
很明显，随着钉轮直径的增加，起始样品的厚度应逐渐减小，钉薄深 度不能大于77μm，否则会在以后的离子减薄中发生阻挡效应。这是初 学者必须知道的。
二 截面样品制备
• 钉薄轮的选择
钉薄仪所配的轮子有不锈钢论；磷铜轮；毛毡 轮等，根据材料的不同选择不同材质、不同直径的 钉薄轮。
平轮 ：用于大块减薄 钉薄轮 ：用于钉薄 毛毡轮：用于抛光
平轮
钉薄轮
不锈钢轮
抛光轮
• 磨料的选择
应用较广泛的是金刚石膏，但对于金属材料不 适用，金属材料用立方氮化硼（CBN），两者混合 起来用于复合材料，较软的金属合金也适用。
TEM样品制备技术
中国科学院物理研究所 王凤莲
2004.9.20
TEM样品制备技术
TEM样品制备在电子显微学研究工作 中，起着至关重要的作用，是非常精细的技 术工作。
透射电子显微镜样品制备
前言
一 平面样品制备
1.切割 2.平面磨 3.钉薄
二 截面样品制备 三 粉末样品制备 四 离子减薄样品
前言
截面：生长形态信 息，各层的原子结 构，界面结构，缺 陷等。
1. 切割样品
方法很多，可以用超声切割，冲压器冲 获得Ф3mm圆片，如果你没有上面这两种工 具，可以用其他任何方法，把样品切成小块， 无论是长方形还是方形，只要对角线不超过 3mm，长边2.5mm即可。把切好的样品在加 热炉上粘到磨具上，自然冷却后就可以平磨 了。
２. 平面磨
• 简单的平面磨可以产生大面积的薄区，但却使样品过于脆弱，很 容易损坏，以我们的经验，一般Si材料可以平磨到50μm左右，对 于脆性材料可适当增加厚度。 • 手工平磨时，应采用不断变换样品角度，或者沿“8”字轨迹的手 法。如图示：
P1500
P2000
1μm金刚石膏
可以避免过早出现样品边缘倾角，用粒度p1500→P2000→1μm 金刚石抛光膏抛光，每更换一次砂纸用水彻底清洗样品。
效果还是很好的，因为边
缘部分在开始的减薄很快
地被打掉。
• 钉薄前样品的最佳厚度
用上面的数据估计单面钉薄样品的最佳起始 厚度，钉薄区域的直径为2.2mm，起始样品厚度应 是钉薄深度加上4倍的损伤层厚度。
最佳起始样品盘厚度
钉轮直径（mm）
15 15 15 20 20 20 25 25 25
损伤层厚度 （μm） 1 2 3 1 2 3 1 2 3
粉末样品制备工艺图
聚四氟乙烯包埋槽
从包埋槽中取出的粉末样品
粉末样品 Si片
包埋后切成条
样品用Si片夹紧
四 氩离子减薄
1. 离子减薄原理 2. 影响样品制备的几个因素 3. 离子减薄仪器
1. 离子减薄原理
在电场作用下氩气被电离成带Ar+的氩离子， 带着一定能量的氩离子从阳极飞向阴极，通过阴极 孔，打在接地的样品表面，使样品表面溅射，这就 是氩离子轰击的基本原理。
要想得到好的TEM结果，首先要制备出好的薄膜样品， TEM样品制备在电子显微学研究中起着非常重要的作用。
传统的常规制备方法很多，例如：化学减薄、电解双喷、 解理、超薄切片、粉碎研磨、聚焦离子束、机械减薄、离子减 薄，这些方法都能制备出较好的薄膜样品。
目前新材料的发展日新月异，给样品制备提出了更高的要 求。样品制备的发展方向应该是制备时间更短，电子穿透面积 更大，薄区的厚度更薄，高度局域减薄。 TEM样品类型
块状：用于普通微结构研究 平面：用于薄膜和表面附近微结构研究 横截面样品：均匀薄膜和界面的微结构研究 小块物体：粉末，纤维，纳米量级的材料
透射样品制备工艺图
1. 切割
2. 平面磨
500μm 3mm 3. 钉薄
2.5mm 4. 离子减薄
‹5μm
80μm
一 平面样品制备
生长面 衬底
平面：表面观察，表面的均匀度，缺陷， 相分凝等。
Si衬底上多层膜截面样 品的高分辨像
如用4°离子入射角，在边缘不挡住中心部分 的条件下，可得到的最大钉薄深度为： 1.1mm×tan4°=77（μm）。
样品盘几何
• 不同的钉轮直径可获得的钉薄深度
钉Байду номын сангаас直径 钉薄深度 （mm） (μm)
10
121
15
80
20
60
25
48
左表说明10mm直径 的钉轮不适合于样品的制
备，因为钉薄的深度〉 77μm，边会挡住中心部 分，15mm的直径似呼超 过了极限，但在实践中的
材料中心部分厚度1 微米左右
样品表面明显损伤
氩离子减薄后的Si材 料薄膜样品
对粘样品窄窄的缝 宽度三十纳米
减薄后样品逢裂开
加速电压过高造成 的损伤
加速电压过高造成 的损伤
减薄前表面状态不 好，造成的损伤
GaAs/InGaAs量子点
GaAs/InGaAs量子 点高分辨
GaAs/InGaAs量 子点形貌像
2. 影响样品制备的几个因素
● 与仪器有关的 A、离子束电压 B、离子束电流（氩气的流量） C、离子束的入射角 D、真空度
● 与样品有关的 A、样品的种类（性质） B、样品的微结构特点 C、样品的初始表面条件 D、样品的初始厚度 E、样品的安装
3. 离子减薄仪器 ●宽束离子减薄仪 ● 低角度离子减薄仪 ● 聚焦离子束减薄仪 ● 低能离子减薄仪500V一2.5kV
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（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。（按平面样品制备 方法）