在材料科學(xué)與生命科學(xué)的研究中，透射電子顯微鏡（TEM）已成為探索物質(zhì)微觀世界不可或缺的工具。然而，許多科研人員在TEM分析過程中常常遇到圖像質(zhì)量不理想、數(shù)據(jù)解讀困難等問題，其根源往往在于最初的樣品制備階段。不適宜的樣品厚度、差的導(dǎo)電性或制樣過程中引入的損傷，都會(huì)直接導(dǎo)致電子束穿透異常、圖像畸變甚至樣品報(bào)廢。合乎規(guī)范的樣品與恰當(dāng)?shù)闹苽浞椒ㄊ撬蠺EM數(shù)據(jù)可靠性的根本前提。

TEM樣品的基本要求

制備合格的TEM樣品需滿足一系列嚴(yán)格條件，這些條件直接關(guān)系到電子束與樣品的相互作用以及最終圖像的準(zhǔn)確性。

首先，樣品厚度必須小于100納米。

這一要求源于電子束在物質(zhì)中的穿透能力限制。過厚的樣品會(huì)導(dǎo)致電子束無法穿透，而過薄則可能使樣品缺乏代表性。極薄的厚度確保了電子束能夠有效地穿過樣品，攜帶其內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息到達(dá)探測(cè)器。

其次，樣品在電鏡電磁場(chǎng)作用下需保持穩(wěn)定，不會(huì)被吸出附于極靴上。

這一特性對(duì)于磁性材料尤為重要，因?yàn)閺?qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境可能導(dǎo)致磁性樣品位移或變形，影響觀察甚至損壞儀器。

第三，樣品必須能在高真空環(huán)境中保持穩(wěn)定性。

TEM工作時(shí)需要極高的真空度，任何揮發(fā)性物質(zhì)的釋放都會(huì)破壞真空環(huán)境，污染鏡筒，影響圖像質(zhì)量。

最后，樣品應(yīng)不含有水分或其他易揮發(fā)物。

如果樣品含有這些成分，必須在制樣前進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮娓商幚恚员苊庠谡婵窄h(huán)境中揮發(fā)。

TEM樣品制備方法詳解

根據(jù)材料類型和研究目標(biāo)，TEM樣品制備方法可分為多種類型，主要包括粉末樣品、塊體樣品、生物樣品和復(fù)型膜樣品。每種方法都有其特定的適用場(chǎng)景和操作要點(diǎn)。

1.粉末樣品制備

粉末樣品制備的核心是有效分散并固定顆粒。通過超聲波分散制成懸浮液，滴加在專用銅網(wǎng)上干燥成型。

銅網(wǎng)選擇是粉末樣品制備中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（1）普通碳支持膜適合低倍率觀察，但在高倍率下碳膜本身的襯度會(huì)變得明顯，干擾樣品觀察；

（2）微柵膜具有微小孔洞，樣品可搭載在孔的邊緣，在孔內(nèi)的部分可實(shí)現(xiàn)無背底觀察，顯著提高成像襯度；

（3）超薄碳膜專門用于量子點(diǎn)等超小顆粒和二維材料的觀察；

（4）雙聯(lián)載網(wǎng)支持膜則適用于磁性樣品，可避免其吸附到透射電鏡的極靴上；

（5）對(duì)于含銅材料，應(yīng)選擇鎳網(wǎng)、鉬網(wǎng)或金網(wǎng)，避免銅元素干擾。

溶劑選擇需考慮樣品性質(zhì)：極性樣品通常使用水或乙醇分散，而非極性樣品則更適合使用丙酮等有機(jī)溶劑分散。

2.塊體樣品的制備塊體樣品的制備更為復(fù)雜，需要將宏觀材料減薄至電子束可穿透的厚度。常用方法包括電解雙噴、離子減薄、聚焦離子束（FIB）和超薄切片等。

（1）電解雙噴法

主要適用于導(dǎo)電材料，如金屬合金。這種方法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，成本相對(duì)較低，能夠在樣品中心形成大范圍的薄區(qū)，便于電子束穿透。然而，這種方法要求試樣必須導(dǎo)電，且制樣后需立即將試樣放入酒精液中漂洗多次，否則殘留的電解液會(huì)繼續(xù)腐蝕薄區(qū)，損壞試樣。

（2）離子減薄法

適用于陶瓷、金屬間化合物等脆性材料。其原理是利用Ar離子束以一定傾角轟擊樣品，逐漸減薄樣品。這種方法可適用于各種材料，但需時(shí)較長(zhǎng)，通常需要十幾小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間，工作效率較低。此外，減薄過程中會(huì)產(chǎn)生較高溫度，因而不適合熱敏感性材料。

（3）聚焦離子束（FIB）技術(shù)是近年來發(fā)展迅速的一種制樣方法。

（4）超薄切片法主要針對(duì)生物類樣品、高分子材料、微納米顆粒和橡膠等軟材料。這種方法制備的切片厚度通常在80-100納米之間，由于電子穿透組織的能力有限，這樣的厚度才能保證電子束有效穿透。

樣品制備中的常見問題與解決方案

在實(shí)際操作中，即使遵循標(biāo)準(zhǔn)流程，仍可能遇到各種問題。以下是一些常見問題及應(yīng)對(duì)策略：

1. 樣品漂移問題通常源于樣品固定不牢固或含有揮發(fā)性成分。確保樣品充分干燥和穩(wěn)定固定是解決這一問題的關(guān)鍵。

2.襯度不足可能由于樣品過薄或材料原子序數(shù)過低造成。嘗試不同的成像模式，如高角環(huán)形暗場(chǎng)像（HAADF），可能有助于改善襯度。

3.樣品污染是常見問題，主要來源于制樣過程中的雜質(zhì)引入或不潔凈的操作環(huán)境。保持工作區(qū)清潔，使用高純度試劑和溶劑可有效降低污染風(fēng)險(xiǎn)。

4.對(duì)于電子束敏感樣品，如某些有機(jī)材料和生物樣品，降低電子束劑量或使用低溫樣品臺(tái)可減少損傷。

結(jié)語

TEM樣品制備需要理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合。合適的制備方法不僅保證圖像質(zhì)量，更確保數(shù)據(jù)的可靠性。金鑒實(shí)驗(yàn)室的專業(yè)服務(wù)不僅限于測(cè)試和認(rèn)證，還包括失效分析、技術(shù)咨詢和人才培養(yǎng)，為客戶提供一站式的解決方案，金鑒將繼續(xù)秉承著專業(yè)的服務(wù)態(tài)度，不斷提升自身的技術(shù)水平和服務(wù)質(zhì)量，為FIB行業(yè)貢獻(xiàn)我們的力量。