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第七章晶体薄膜衍射成像分析
透射电子显微镜样品制备
透射电子显微镜成像时,电子束是透过样品成像。由于电子束的穿透能力比较低,用于透射电子显微镜分析的样品必须很薄。根据样品的原子序数大小不同,一般在50~500nm之间。制备透射电子显微镜分析样品的方法很多,这里介绍几种常用的制样方法。

所谓复型,就是把样品表面形貌复制出来,其原理与侦破案件时用石膏复制罪犯鞋底花纹相似。
复型法实际上是一种间接或部分间接的分析方法,因为通过复型制备出来的样品是真实样品表面行貌组织结构细节的薄膜复制品。
使用这种方法主要是早期透射电子显微镜的制造水平有限和制样水平不高,难以对实际样品进行直接观察分析。
近年来扫描电镜显微镜分析技术和金属薄膜技术发展很快,复型技术几乎为上述两种分析方法所代替。
但是,用复型观察断口比扫描电镜的断口清晰以及复型金相组织和光学金相组织之间的相似,致使复型电镜分析技术至今为人们所采用。
一级复型法
图是一级复型的示意图。在已制备好的金相样品或断口样品上滴上几滴体积浓度为1%的火棉胶醋酸戍酯溶液或醋酸纤维素***溶液,溶液在样品表面展平,多余的溶液用滤纸吸掉,待溶剂蒸发后样品表面即留下一层100nm左右的塑料薄膜。把这层塑料薄膜小心地从样品表面揭下来就是塑料一级复型样品.
但塑料一级复型因其塑料分子较大,分辨率较低;塑料一级复型在电子束照射下易发生分解和破裂。分辨率通常在10几nm.
一级复型法
另一种复型是碳一级复型,碳一级复型是直接把表面清洁的金相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。2nm分辨率.
蒸发沉积层的厚度可用放在金相样品旁边的乳白瓷片的颜色变化来估计。
把喷有碳膜的样品用小刀划成对角线小于3mm的小方块,然后把样品放入配好的分离液中进行电解或化学分离。碳膜剥离后也必须清洗,然后才能进行观察分析。
碳一级复型的特点是在电子束照射下不易发生分解和破裂,分辨率可比塑料复型高一个数量级,但制备碳一级复型时,样品易遭到破坏。
二级复型法
二级复型是目前应用最广的一种复型方法。
它是先制成中间复型(一次复型),然后在中间复型上进行第二次碳复型,再把中间复型溶去,最后得到的是第二次复型。
塑料—碳二级复型可以将两种一级复型的优点结合,克服各自的缺点。制备复型时不破坏样品的原始表面;最终复型是带有重金属投影的碳膜,其稳定性和导电导热性都很好,在电子束照射下不易发生分解和破裂;但分辨率和塑料一级复型相当。
二级复型法
图7-2为二级复型制备过程示意图。图7-2 (A)为塑料中间复型,图7-2 (b)为在揭下的中间复型上进行碳复型。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(称为投影)。一般情况下,是在一次复型上先投影重金属再喷镀碳膜,但有时也可喷投次序相反,图7-2(c)表是溶去中间复型后的最终复型。
二级复型照片

在需要对第二相粒子形状、大小和分布进行分析的同时对第二相粒子进行物相及晶体结构分析时。常采用萃取复型的方法。
图7-4是萃取复型的示意图。
这种复型的方法和碳一级复型类似,只是金相样品在腐蚀时应进行深腐蚀,使第二相粒子容易从基体上剥离。
此外,进行喷镀碳膜时,厚度应稍厚,以便把第二相粒子包络起来。