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透射电子显微镜TEM之样品制备方法

嘉峪检测网        2023-05-19 10:19

材料科学研究中TEM样品的制备对电子显微学的研究工作来说,具有重要的作用,它是一项很细致的技术工作。为了获得良好的TEM结果必须先制备良好的薄膜样品,而TEM样品的制备对于电子显微学的研究具有十分重要的意义。
 
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。
 
一、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
 
 
1.平面样品制备
 
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,将试样切割成小块后,不论长方形或方形,只需对角线不要大于3mm,长边为2.5mm。将切下的试样用加热炉黏贴于磨具表面,待自然冷却即可进行平磨。
 
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:
 
 
磨至原始厚度一半后进行打磨,打磨完成后用清水洗净,然后用无水乙醇棉球抹干,即可翻面磨面。
 
 
在加热炉上把样品翻面粘在磨具上,重复同样的工艺。最终厚度控制在80μm以内。
 
 
3.钉薄
 
钉薄轮的选择
 
钉薄仪所配的轮子有不锈钢轮;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
 
 
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。
 
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。
 
钉轮直径与钉薄深度之间关系:离子减薄时,由于离子束入射角均较小,需注意钉薄后试样边缘有可能遮挡试样中心区域,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。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)。
 
 
二、截面样品制备
 
1. 选样在低倍立体显微镜下进行选样,选样表面平整、无破损、不选样边。用线锯或者解理刀将试样切割成小块且试样对角线不要大于3mm均可。
 
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)
 
 
三、粉末样品制备
 
1. 将碾碎磨细的粉末置于无水乙醇溶液中,经超声波振荡均匀,滴入微栅中,烘干,透射电镜下观察。
 
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
 
 
四、氩离子减薄
 
1. 离子减薄的基本原理是:氩气在电场中电离成带有Ar+,并携带一定能量由阳极飞入阴极穿过阴极孔,打到接地样品表面上,引起样品表面溅射是氩离子轰击原理。
 
2. 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。
 
 
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