深度剖析多种TEM制样攻略（二）

透射电子显微镜（Transmission electron microscope, TEM）是使用最为广泛的电子显微镜之一，和扫描电子显微技术共同组成了电子显微学的“两大支柱”。TEM测试原理采用通过试样电子成像并分析其结构，因电子穿透能力弱，试样厚度，导电性，磁性及分散性等性质直接影响测试结果。所以，透射电镜制样比扫描电镜制样要复杂、精细得多，对不同材料应按其性质而采取适当方法。本文将对透射电镜常见的各种制样方法进行介绍与对比。

一、载样工具介绍

TEM常用的载样工具制成杆状，称样品杆，针对不同的测试需求有不同的样品杆（图1），样品搭载在支撑网（通常是铜网）里并放在样品杆前端，每个样品杆最多只能放1~2个铜网。采用样品杆载样具有载样工具体积小，占用空间亦少，可布置于物镜内上部，利于电镜分辨率提高等优点。缺点是无法一次投入过多的样品网，换样时必须打破一次样品室内真空，且效率低下。

图1 TEM样品杆

支撑网主要有超薄碳膜、微栅铜网、纯碳膜、双联载网支持膜等，金属支撑网的材质有多种，如Cu、Ni、Be、尼龙等，选择时要注意选择成分有别于待分析样品的支撑网。

图2 样品杆尖端结构与支撑网种类

二、样品要求

TEM的放大倍数高、观测范围有限、敏感度高，因此为了获得清晰、准确、稳定的信号，对TEM的样品要求也很高。

TEM的样品种类分为粉末试样、薄膜试样、表面复型和萃取复型。

粉末式样：主要用于粉末材料的形貌观察、颗粒度的测定及结构与成分分析等；

薄膜试样：样品内部的组织、结构、成分、位错组态和密度、相取向关系等；

表面复型和萃取复型：金相组织观察、断口形貌、形变条纹、第二相形态、分布和结构等。一般而言，TEM的样品要求如下：样品一般应为厚度小于100 nm的固体；样品在电镜电磁场作用下不会被吸出，附于极靴上；样品在高真空中能保持稳定；

不含有水分或其它易挥发物，如果含有水分或其他易挥发物的试样应先烘干。

三、制样方法

TEM具有制样原则，即简便，不损伤试样表面，得到尽可能多的可观察薄区。常见制样方法按待测样品性状分为粉末制样法与块状制样法。本文将详细讲解块状制样法。

块状样品的制样方法

1、树脂包埋法

试样要求：对于大的块体材料需要切割成小块后进行后续的磨薄工艺；对微米量级的较大颗粒且经机械研磨粉碎损伤样品以致不能获得理想样品的情况下，此时可以尝试采用包埋磨薄的方法制样。

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。目前常用国产环氧树脂618、Epon812环氧树脂、及低黏度包埋Spurr。

具体制样步骤如下：

步骤1：将待观察的样品块放入灌满包埋剂的适当模具（如胶囊）中，恒温箱内加温固化。Spurr70℃烤箱内8h即可固化，国产树脂618、Epon812环氧树脂需37℃过夜，经45℃ 12h、60℃ 24h可固化。

图3 石蜡包埋组织样本

步骤2：出包埋固化的试样，采用超薄切片机切片或者如下减薄方法使其在与电子束垂直的二维方向尺寸均在3mm以下，就可以得到与透射电镜试样杆兼容尺寸一致的试样。

步骤3：将获取的样品薄片分散于载网上，即可制得透射观察所需要的样品。包埋剂配制及使用过程中的注意事项：

所有容器及玻璃棒等应是清洁和干燥的；

配制过程中应搅拌均匀，使用过程中应避免异物，特别是水、乙醇、丙酮等混入包埋剂；

配制好的包埋剂应密封保存，避免受潮。剩余包埋剂可密封并储存在-10 — -20℃冰箱中，延长其使用期。

2、机械减薄法

图4 机械减薄所用机器

步骤1：用砂纸手工研磨减薄样品薄片平行于电子束方向的厚度，这一过程砂纸型号依次递增，即砂纸颗粒度递减，砂纸达到理想厚度时，由于砂纸引起的机械损伤刮痕最小。试样厚度达5μm左右后，磨薄工艺停止；

步骤2：采用凹坑仪对试样进行连续磨薄，直至达到1μm厚；

步骤3：使用抛光机去掉表面的划痕损伤；

步骤4：用离子减薄仪不断地对试样进行减薄，直到最后有一定区域的薄区和数十纳米厚的试样；

注：上述步骤2到4可以替换为使用磨抛机直接作出楔形样品后，利用离子减薄获得最终的样品。

3、超薄切片法

超薄切片方法多用于生物组织、高分子和无机粉体材料等。相较于包埋后机械磨薄的方法，超薄切片方法可非常快捷地准确地获取特定位置、特定取向、特定厚度的样品。

试样要求：对于观察特定方向的试样制备有其优点，但是不适用于延展性较强的试样，如金属，更适用于生物组织，高分子及无机粉体材料。

步骤1：将试样包埋固定好，如果有具体晶体取向或者位置要求，包埋过程中需仔细放置试样位置，使得最终所要观测方向和切片机金刚石刀片相互垂直；

步骤2：选取特定步长（即样品厚度）及切割速度，直接切出可供透射电镜观测的样品。

注意事项：

操作要迅速：要在最短时间内完成取样并迅速投入固定液。所取样品体积不超过1mm3。

操作要精细：轻轻操作，使用锋利器械时避免拉、锯、压等暴力动作。低温：在0～4℃内操作。

图5 超薄切片机

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