透射电镜粉末样品制样最全讲解
透射电镜测试从样品的制备、载网的选择，到仪器的操作与使用，再到图像和数据的分析，每一步都需要小心细致，否则难以得到可靠、有用的信息。本文主要从透射电镜所用的载网来分析表征前的准备工作。
01什么是载网支持膜？
载网支持膜，俗称铜网，或者碳网，具体组成如图1所示。其主要分为三个部分：最下层是具有一定目数的金属网，可以是铜网、镍网、金网等。金属网上面为有机层（方华膜），最上面为一层碳膜。根据测试和样品需求不同，载网的选择也不尽相同。
图1 载网支持膜组成
支持膜需要具备：
- 一定的机械强度；
- 电子束照射下稳定性好；
- 电子射线透过性好；
- 实验条件下自身无结构；
- 化学稳定性好；
- 厚度易确定；
- 制作容易。
02铜网、碳支持膜、微栅、超薄碳膜、多孔膜、方华支持膜有什么区别？
1.铜网：透射电镜所用的铜网，即为承载样品的载网。载网若是铜材质，就称铜网，如果是镍、钼、金、尼龙，就相应的称镍网、钼网、金网、尼龙网。铜网也称“裸网”。主要应用在生物制样中，可配合切片机，在水槽中用捞取样品，再进行喷碳处理，然后进入电镜观察。从制作成本和使用效果看，铜网最经济实用，所以被普遍采用。
2.碳支持膜：大多数透射电镜样品在制样时，为了确保样品能搭载在“载网”上，会在“载网”上覆有一层有机膜，称为“支持膜”。这种具有支持膜的载网，称为“载网支持膜”。当样品接触载网支持膜时，会较牢固吸附在支持膜上，不至于从载网的孔洞处滑落。当样品放在电镜中，“载网支持膜”会被电子束照射，有机支持膜上就会产生电荷积累，也会引起样品放电，发生样品漂移、跳动、支持膜破裂等情况。所以，需要在支持膜上喷碳，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10-20nm。
图2 碳支持膜组成
3.微栅支持膜：在制作支持膜时，特意在膜上制作微孔，其是经过喷碳的支持膜，一般厚度为15-30nm，主要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，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较好，尤其表现在这些样品的高分辨像观察中。
图3 微栅支持膜组成及电镜下的微栅网
4.超薄碳膜：是在微栅的基础上，叠加了一层很薄的碳膜，一般为3-5nm。其目的是用薄碳膜把微孔挡住，主要针对分散性较好的纳米材料，如：10nm以下的样品。
图4 超薄碳膜组成
5.多孔碳支持膜：具有普通碳支持膜和微栅支持膜的共同特点。普通碳支持膜以观察形貌和考察分散性为主，微栅支持膜以看高分辨为主。多孔膜有较大的支持膜面积，膜上又偶有微孔，因而可以兼得纳米微粒的分散性考察和形貌像、高分辨像获取。
图5 多孔碳支持膜组成
6.方华支持膜：化学成分为聚乙烯醇缩甲醛，可溶于二氯乙烷或三氯甲烷，膜厚度通常为10-15nm。方华支持膜强度高，透过率好，弹性好，背底影响小，可支持多种样品观察，是承载超薄切片的理想载体，在观察纳米粉末等材料时，也表现的非常出色。但其导电性能不好，在电子束照射下，会因高温或电荷积累，引起局部受热碳化，产生局部黑斑，样品漂移，甚至使膜破碎，损伤被观察样品。通常在100kV电镜上使用较多。
图6 方华支持膜组成
表1常用支持膜性能对照表
03载网支持膜的选择
1. 长度不等的纳米管的高分辨观察，选用哪种膜？
纳米管观察一般有两个目的，一是看长度，主要用低倍观察；二是看管壁，主要是看高倍像。无论长度多少，只要看高倍像，特别是高分辨，最好用微栅膜或多孔膜。它既可以满足低倍观察长度，也可以满足高分辨观察的要求。但是一定要选择“高分辨透射电镜(HRTEM)”，否则，微栅膜就很难发挥作用。
2.观察纳米材料和生物材料用什么铜网支持膜合适?
通常情况下，做纳米材料，选用300目或230目铜网碳支持膜较适宜；做生物材料(切片样品)，选用200目或150目铜网碳支持膜较适宜。如果做纳米材料(50nm以下)，而且要看高分辨像，最好选择微栅膜；如果做纳米材料(10nm以下)，样品分散性很好，最好选用超薄碳支持膜。
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载网支持膜的使用
1. 取用方法：
在洁净的环境下打开，先将透明盒盖向左轻轻滑动，切忌过快推开透明盒盖，以免导致支持膜散落；勿将透明盒盖长期打开，以免支持膜受污染。夹取支持膜时建议使用电镜专用高精细镊子轻夹载网边缘，避免触碰膜面，勿用镊子用力夹取载网，以免载网褶皱和支持膜破裂。其不能重复使用，也不能使用被污染的镊子，以免影响使用效果。
2. 制样要点：
支持膜取出时，朝字母为有膜面，膜面朝上平放于滤纸上，将制备好适当浓度的样品滴加在支持膜上。制样后，建议使用红外烘烤灯进行预干燥处理。载网固定到样品杆后，置入电镜前，用高级洗耳球对支持膜表面进行清洁，避免污染电镜，影响观察效果。支持膜不慎散落时，表面亮度均匀为正面，载网边缘亮度高于中间区域为反面。
3. 存放要求：
支持膜应存放于专业TEM样品盒，密封干燥避光保存。注意其保质期。
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透射电镜制样方法
1. 溶液相纳米颗粒
常见的纳米粒子（金属纳米颗粒、量子点、氧化物纳米颗粒等）都能够很好溶解、或者分散在溶剂中，其制样过程较为简单。
常见的方法有两种：
①捞取法：用特制的镊子夹取载网放置于分散好的胶体溶液中，适当晃动，取出载网晾干即可，如图7所示。
②滴液法：在干净桌面上铺一张A4纸或者面巾纸，在A4纸上放一张滤纸。将载网正面朝上放置在滤纸中央。用滴管或移液器取液滴加到载网上，如图7所示。
图7 捞取法、滴液法电镜制样
注意：无论使用何种方法，溶液浓度需适中，否则测试时要么很难发现样品、要么样品叠加在一起。如果溶液浓度较稀，可以多次滴加，但是每次滴加需间隔一定时间保证前一滴溶剂挥发完全。
2. 粉末状多相催化剂
对于多相催化剂而言，样品通常呈现为粉末状。这类样品需要分散到溶剂中，再挂网。理论上，样品越薄越利于观察，所以对于粉末样品，挂网前务必充分研磨，确保样品足够薄。研磨完成后分散到溶剂中，并超声15分钟以上。对于溶剂的选择一般是乙醇、甲醇等易挥发类物质，也可用水作为溶剂，但其挥发性小，表面张力大，制样时可适当加热或者通风以加速挥发。分散完全后，参照上面两种方法挂网即可。还可以通过包埋切片和离子减薄的方法来制样。
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