基础知识12——TEM粉末样品制备方法

制备好的TEM样品必须对电子束透明，即电子束能够穿透样品，而且能代表想要研究的材料。电子透明样品的厚度是电子能量和样品平均原子序数（Z）的函数，不同样品要求的厚度会有所差异。一般要求样品厚度在100nm以下。

    前面咱们已介绍过一般块体样品制备方法，点击下方链接跳转“基础知识5——TEM样品制备基本步骤”。

    那么，

    对于粉末样品我们应该如何处理呢？

    粉末样品常见的制备方式有三种，分别为：超声滴样、包埋+离子减薄、FIB制样。根据样品性质及观察要求的不同，选择最优制备方案。下面给大家一一介绍：

1、超声滴样法

    根据中材多年样品制备经验，建议粒径≤1微米的粉末样品使用此方法。该方法的关键在于粉末样品干净、无杂质或杂质尽可能少、分散均匀、浓度适中。

步骤：

（1）选择合适的“载网”来承载样品，俗称“铜网” ，详见后文。   

（2）根据粉末样品性质选择合理的分散剂（无水乙醇（最常用的）、离子水、己烷等） 。

（3）通过超声10~30min将粉末分散均匀形成悬浮液，具体超声时间根据样品性质而定。

（4）用玻璃毛细管吸取2-3滴悬浮液滴在铜网上面，一般取上清液，然后自然晾干或烘干。

（5）确保粉末样品均匀分布在铜网上，并没有污染物，可借助光学显微镜或扫描电子显微镜辅助检查。

（6）用洗耳球轻轻吹铜网，保证没有易落粉末，如此即完成粉末样品制备（此步骤为了避免样品被吸入电镜极靴，造成电镜污染、损坏）。
载网种类：

方华支持膜：方华支持膜的化学成分是聚乙烯醇缩甲醛，由于是纯的有机膜，所以膜的弹性好，厚度通常为10nm左右，透射电镜观察时背底影响小。但方华膜因导电性不好，在电子束照射下，易因高温或电荷积累，产生样品漂移甚至膜破损，通常在100kV电镜和生物样品中使用较多。

碳支持膜：是一种最常用的支持膜，有两层膜结构。从下至上依次为裸网、方华膜和碳膜，由于碳层具有较强的导电性和导热性，弥补了无碳方华膜的荷电效应以及热效应，增强了膜整体的稳定性，适合大多数纳米材料和生物样品的一般形貌观察用于常规样品制样。

微栅：在膜上制作出微孔，以便使样品搭载在微孔边缘，使样品“无膜”观察，提高图象衬度。观察管状、棒状、纳米团聚物效果好，特别是观察这些样品的高分辨像及mapping时更是最佳选择。

超薄碳膜：在微栅的基础上叠加了一层很薄的碳膜，一般为3-5纳米。这层超薄碳膜的目的是用超薄碳膜把微孔堵住。主要针对粒度较小的纳米材料。如10纳米以下分散性很好的纳米材料，如果用微栅可能从微孔中漏出，如果在微栅孔边缘，由于膜厚可能会影响观察。所以用超薄碳膜就会得到很好的效果。

纯碳膜：当样品所用的有机溶剂（氯仿、甲苯等）能够溶解方华膜时，载网膜中就要去除方华膜，只剩碳膜，称为纯碳膜，碳膜的厚度通常为20nm左右，在高分辨观察时背底的影响也比较明显。

双联载网支持膜：将两片载网膜连在一起，负载样品后，将样品夹住，形成三明治的结构，加强了对样品的固定，比如应用于磁性材料可避免其吸附到透射电镜的极靴上。

载网的选择：        

    由上述介绍的载网膜的结构及特点，可根据样品的特征选择合适的载网膜：

（1）用能谱分析铜元素时，不能选用铜载网，要选用镍、钼等其他材质的载网膜，同理分析碳元素时，要用氮化硅膜。

（2）在做高分子、生物样品切片后需要染色时要用裸网或微栅，因为染色剂通常会染方华膜。

（3）在负载一些二维方向尺度较大的薄膜样品时，比如大面积的石墨烯膜、有机膜，如果用碳支持膜背底影响较大用微栅膜在低倍观察时有微栅孔的结构，因此可选用目数较高的裸网，如1000目、2000目的铜裸网。

2、包埋+离子减薄

    对于粒径＞1微米的粉末样品，如果直接采用上述的超声滴样法，因样品比较厚，电子束是没法儿穿透，这时候我们可以采用另一种制备方式——包埋+离子减薄。该方法也可以见简单的理解为“块体化的粉末样品制备”，即先将粉末样品通过包埋的方式变成块体，然后再离子减薄。

步骤：

（1）将待观察的样品块放入灌满包埋剂的适当模具中，一般使用环氧树脂。

（2）恒温箱内加温固化，固化温度与时间根据包埋剂不同而有变化。

（3）将包埋固化后的样品取出，参照块体样品制备要求来制备即可切割、磨抛、减薄等，即参照一般块体样品制备步骤来实施；详细步骤请回顾前面的推文，此处不再赘述了。点击链接跳转“基础知识5——TEM样品制备基本步骤”。

       当然，我们也要特别注意：该方法最适用于粒径15μm以内的样品，粒径越大，制备难度越高。另外，粉末样品球形度越高，减薄过程中颗粒直接脱落的可能性也越大，制备难度也越高哦。

3、FIB

        FIB（聚焦离子束切割）可以说是“万能”的了~什么情况下会选择这个方法呢？ 

① 需要观察指定颗粒、指定位置时；FIB独特的精确定位优势可以很好的达到此要求。

②粒径比较大、球形度比较高的样品，没法儿使用上述前两种制备方式，可以考虑使用FIB。当然，具体样品还需具体考虑。

③ 钱不是问题！就爱选择“万能”FIB。

制样后需要注意的是：

        不管使用哪种制备方式，制备好的样品都应该尽快观察。样品保存，通常要保持样品干燥，或存放在惰性气体和惰性容器中。

        透射电镜样品的制备是观察和研究微观结构的重要步骤。正确选择样品制备方式，能够提供高质量的透射电镜图像，帮助我们深入了解物质的微观特性。

        通过上面的介绍，对于粉末样品的制备，建议大家不妨先通过其他手段（如SEM）先了解一下样品粒径大小，然后再结合检测目的和要求选择最合适的制备方式！