材料分析方法第十一分析.ppt

第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析 Transmission electron microscope 第二节 样品制备 TEM应用的深度和广度一定程度上取决于试样制备技术。 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。 对于TEM常用的50～200kV电子束，样品厚度控制在100～200nm，样品经铜网承载，装入样品台，放入样品室进行观察。 TEM样品制备方法有很多，常用支持膜法、晶体薄膜法、复型法和超薄切片法4种。 一、支持膜法 粉末试样多采用此方法。 将试样载在支持膜上，再用铜网承载。 支持膜的作用是支撑粉末试样，铜网的作用是加强支持膜。 支持膜材料必须具备的条件： ① 无结构，对电子束的吸收不大； 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。 常用的支持膜材料：火棉胶、碳、氧化铝、聚乙酸甲基乙烯酯等。 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。 一、支持膜法 一、支持膜法 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： ① 悬浮法：超声波分散器将粉末在与其不发生作用的溶液中分散成悬浮液，滴在支持膜上，干后即可。 ② 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。 二、晶体薄膜法 块状材料多采用此方法。 通过减薄制成对电子束透明的薄膜样品。 薄膜样品制备方法要求： 制备过程中不引起材料组织的变化。 薄，避免薄膜内不同层次图像的重叠，干扰分析。 具有一定的强度和刚度，在制备、夹持操作过程冲不被损坏。 不允许表面氧化或腐蚀。 二、晶体薄膜法 薄膜样品制备步骤： ① 切取：切取薄块（厚度0.5mm）（电火花线切割法） ② 预减薄：用机械研磨、化学抛光、电解抛光减薄成“薄片”（0.1mm） ③ 终减薄：用电解抛光、离子轰击减薄成“薄膜”（500nm） 图11-1 线切割示意图 二、晶体薄膜法 预减薄方法：预减薄厚度控制在0.1~0.2mm，主要为去除切片引起的表面损伤层，方法有机械法和化学法化学减薄液；机械法即手工研磨，不能用力过大并充分冷却，以避免样品 的组织结构发生变化 机械法：通过手工研磨完成。 化学法：把切割好的金属薄片放入配制好的化学试剂中，使它表面受腐蚀而继续减薄。 避免引起组织结构变化，不用或少用机械方法。终减薄时去除损伤层。 3) 最终减薄 最终减薄后获得表面无腐蚀和氧化、且对电子 束透明的样品。方法为双喷电解抛光法和离子减薄法 对于金属材料通常采用高效简便的双喷电解抛光法，其原 理间图11-2，电解抛光液配方见表11-2或查找有关手册 对于不导电材料，可采用离子减薄法，但此方法比较费时 图11-2 双喷电解减薄原理示意图 终减薄方法： 双喷式电解抛光减薄 离子减薄 二、晶体薄膜法 三、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。 复型材料和支持膜材料相同。 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。 ① 一级复型塑料一级复型 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。 分辨率低（10－20nm），电子束照射下易分解和破裂。 三、复型法 ① 一级复型塑料一级复型 三、复型法 碳一级复型 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。 分辨率高（2－5nm）， 电子束照射下不易分解和 破裂，样品易遭到破坏。 三、复型法 喷碳装置 三、复型法 碳一级复型 ② 二级复型 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。 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。 三、复型法 塑料-碳二级复型 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。 适于粗糙表面和断口的复型。 三、复型法 塑料-碳二级复型 三、复型法 δ相在样品上是凸起的。 ③ 萃取复型 用碳膜把经过深度侵蚀 （溶去部分基体）试样表 面的第二相粒子黏附下来。 既复制表面形貌