第4-2章 扫描电镜--试样制备

zhengmin li 1 三、扫描电镜试样制备三、扫描电镜试样制备 1．扫描电镜对试样的要求 ™ 试样(表面)导电的固体，试样可以是块状或粉未状。不导电的试 样，要先进行镀膜处理，在 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 表面形成一层导电膜。 ™试样在高真空中能保持稳定， ™不含有水分或其它易挥发物，含有水分或其他易挥发物的试样应先 烘干除去。 ™对磁性试样要预先去磁，以免观察时电子束受到磁场的影响。 ™表面受到污染的试样，要在不破坏试样表面结构的前提下进行适当 清洗，然后烘干。新断开的断口或断面，一般不需要进行处理，以免 破坏断口或断面的结构状态。 ™有些试样的表面、断口需要进行适当的侵蚀，才能暴露某些结构细 节，则在侵蚀后应将表面或断口清洗干净，然后烘干。 ™试样大小要适合仪器专用样品座的尺寸，不能过大，样品座尺寸各 仪器不均相同，一般小的样品座为的0～35mm，大的样品座为30～ 50mm，以分别用来放置不同大小的试样，样品的高度也有一定的限 制，一般小于10mm左右。 zhengmin li 2 环境扫描电子显微镜（环境扫描电子显微镜（ESEMESEM）） z 环境扫描电子显微镜（ESEM）可对各种各样的 样品（包括导电样品、不导电样品、含水含油 样品、加热样品等等）进行高分辨的静态和动 态观察和分析。 z 环境方式下最适宜观察的生物样品应是那些表 面有角质层覆盖的样品和含水量很低的样品， 比如植物的叶片、动物中的昆虫、作物的籽粒 等，这类样品易于保持新鲜度；环境方式下对 样品的观察和图像的记录等操作应尽快完成， 这样可减少样品内水分蒸发而使样品变形降至 最低。 zhengmin li 3 WHY COAT? • To conduct charge away from sample • Improve secondary electron yield • Better signal to noise ratio • Reduce beam damage zhengmin li 4 22．扫描电镜的试样制备．扫描电镜的试样制备 ----块状试样块状试样 z 对于块状导电材料，除了大小要适合仪器样品 座尺寸外，基本上不需要进行什么制备，用导 电胶把试样粘结在样品座上，即可放在扫描电 镜中观察。 z 对于块状的非导电或导电性较差的材料，要先 进行镀膜处理，在材料表面形成一层导电膜， 以避免在电子束照射下产生电荷积累，影响图 像质量，并可防止试样的热损伤。 zhengmin li 5 扫描电镜的试样制备扫描电镜的试样制备 ----粉未样品粉未样品 粉未样品需先粘结在样品座上，粘结的方法有： 9 在样品座上先涂一层导电胶或火棉胶溶液，将试样粉 未撒在上面，待导电胶或火棉胶挥发把粉未粘牢后、 用吸耳球将表面上未粘住的试样粉未吹去； 9 在样品座上粘贴一张双面胶带，将试样粉未撒在上 面，再用吸耳球把未粘住的粉未吹去。 9 将粉未制备成悬浮液滴在样品座上待溶液挥发，粉未 附着在样品座上。 试样粉末粘牢在样品座上之后，需再镀层导电 膜，然后才能放在扫描电镜中观察。 zhengmin li 6 22．扫描电镜的试样制备．扫描电镜的试样制备 ----生物试样生物试样 ™把待观察的表面完整无损的暴露出来，固定 好。 ™生物样品含水较多，干燥后容易皱缩。因此必 须干燥，而且干燥后样品表面不变形。 ™在扫描电镜试样制备中需要特殊的干燥方法--- 临界点干燥法与冷冻干燥法 ™用导电胶把试样粘结在样品座上，进行镀膜处 理，即可放在扫描电镜中观察。 zhengmin li 7 3. 3. 镀膜镀膜 ¾镀膜常用的镀膜材料是金、金/钯、铂／ 钯和碳等。镀膜层厚约10-30nm，表面粗 糙的样品，镀膜要厚一些。 ¾对只用于SEM形貌观察的样品，先镀一 层碳，再镀5nm左右的金，效果更好。 ¾对除了形貌观察，还要进行成分分析的 样品，则以镀碳为宜。 ¾为了使镀膜均匀、镀膜时试样要旋转。 zhengmin li 8 镀膜的方法镀膜的方法 镀膜的方法主要有两种： z真空镀膜， z离子溅射镀膜 zhengmin li 9 (1)(1)真空镀膜真空镀膜 真空镀膜台包括两部分,上部 玻璃钟罩内为真空蒸发室 下部为真空系统,使蒸发室 内达到5×10-5 Torr的真空 度。 蒸发室内有两对电极,一对电 极与碳棒相连接用来蒸发 碳；另一对电极与装有重 金属的螺旋形钨丝相连接, 用来蒸发重金属。当其中 一对电极加上电压,碳棒尖 端或螺旋形钨丝流过大电 流,将碳或金属加热蒸发在 被蒸镀物上形成一层碳膜 或重金属膜。 zhengmin li 10 Polaron E6700 / E6300 Bench Top Evaporators zhengmin li 11 zhengmin li 12 （2）离子溅射镀膜 离子溅射镀膜的原理是： 在低气压系统中，气体分子在相隔一 定距离的阳极和阴极之间的强电场作 用下电离成正离子和电子，正离子飞 向阴极、电子飞向阳极。二电极间形 成辉光放电，在辉光放电过程中，具 有一定动量的正离子撞击阴极，使阴 极表面、的原子被逐出，称为溅射， 如果阴极表面为用来镀膜的材料（靶 材），需要镀膜的样品放在作为阳极 的样品台上则被正离子轰击而溅射出 来的靶材原子沉积在试样上，形成一 定厚度的镀膜层。 离子溅射时常用的气体为情住气体 氩，要求不高时，也可以用空气，气 压约为5xl0一2 Torr. zhengmin li 13 4.4.离子溅射镀膜与真空镀膜比较离子溅射镀膜与真空镀膜比较 离子溅射镀膜与真空镀膜相比，其主要优点 （1）装置结构简单，使用方便，溅射一次只需 几分钟，而真空镀膜则要半个小时以上。 （2）消耗贵金属少，每次仅约几毫克。 （3）对同一种镀膜材料，离子溅射镀膜质量 好，能形成颗粒更细、更致密、更均匀，附着 力更 强的膜。 离子溅射镀膜方法的主要缺点是热量辐射比较 大，容易使样品受到热损伤，一般样品表面温 度可达到323K左右，比真空镀膜时要高，所以 对一些表面易受热损伤的样品,要适当减小辉光 放电电流，以减小热辐射： zhengmin li 14Polaron SC7640 Auto / Manual High Resolution Sputter Coater 5. 5. 离子溅射镀膜仪离子溅射镀膜仪 zhengmin li 15 Polaron SC7620 “Mini” Sputter Coater zhengmin li 16 Sputter coating (annular target) zhengmin li 17 Magnet Target (gold / palladium) Sputter coating (annual target) zhengmin li 18 Polaron SC7620 “Mini” Sputter Coater Option: Carbon attachment SC7620 with CA0762F carbon fibre head (Inset: CA7615 carbon power supply ) zhengmin li 19 Options: CA0762F carbon fibre evaporation attachment Polaron SC7620 “Mini” Sputter Coater zhengmin li 20 Options: CA7615 power supply - to run CA0762F carbon fibre carbon evaporation attachment Polaron SC7620 “Mini” Sputter Coater zhengmin li 21 Standard universal stage - height adjustment . Standard stage and FT7607 FTM stage are height adjustable Polaron SC7640 Auto / Manual High Resolution Sputter Coater zhengmin li 22 Options: SC7640 interchangeable stages . Left to right: FT7607 FTM stage, RC7606 rota cota stage and stand stage. Polaron SC7640 Auto / Manual High Resolution Sputter Coater zhengmin li 23 Options: Water cooled stage Not generally needed as the SC7640 head produces little or no heat. Polaron SC7640 Auto / Manual High Resolution Sputter Coater zhengmin li 24 Options: Rota cota stage Useful for coating small spherical samples (to ensure complete coverage). Also if the optional carbon head is used the RC7606 ensures even coating of samples with complex surfaces. Polaron SC7640 Auto / Manual High Resolution Sputter Coater zhengmin li 25 Options: FT7607 FTM stage Note: centrally located crystal ensures representative reading Polaron SC7640 Auto / Manual High Resolution Sputter Coater Quartz crystal zhengmin li 26 Options: Film thickness monitor (FTM) Allows operator to pre-set required film thickness. FT7690 overrides the SC7640 timer and terminates sputtering at the pre-set thickness. Very reproducible Note: to use FT7690 with SC7640 the FT7607 FTM stage is needed Polaron SC7640 Auto / Manual High Resolution Sputter Coater Oscillator zhengmin li 27 Imperfections (pits) on glass. SC7640 Pt target. 800V 10mA 2nm film Polaron SC7640 Auto / Manual High Resolution Sputter Coater zhengmin li 28 Sputtered Pt coating. TEM image SC7640 Pt target. 800V 10mA 2nm film zhengmin li 29 6.临界点干燥 Critical Point drying Advantages of Critical Point Drying (CPD) „ Eliminates drying artifacts associated with air drying „ Faster than freeze drying Disadvantages of Critical Point Drying (CPD) „ Sample shrinkage „ Relocation / extraction of soluble components „ Lipids and fats removed by solvents during dehydration stage „ Dry samples not “true to life”. For example water is an important part of many biological systems Critical Point Drying 临界点干燥过程 Critical Point Drying At the critical point liquid and vapour phases exist at the same density. This physical property is used to overcome the surface tension effects associated with air-drying Critical Point Drying Polaron E3000 / E3100 Critical Point Dryers E3000 E3100 Polaron E3000 / E3100 Critical Point Dryers E3000 in cross-section Polaron E3000 / E3100 Critical Point Dryers E3100 with operating and spares kit Critical Point Drying Critical point dried cross-section through maize root—玉米根. Critical point dried epidermis of a Xerophyte (cactus) showing raised stomatal pores --仙人掌表面气孔 Critical Point Drying Critical-point dried Spruce wood. Shows radial, tangental and transverse views of tracheids and vessels --云杉 Critical Point Drying Critical-point dried leaf surface of the insectivorous plant butterwork (pinguicula vulgaris). The modified leave surface bear tiny grandular trichomes which trap insects. The head of the trichome secrets protease enzymes to digest the insect parts. --食虫植物叶子表面 Critical Point Drying Critical-point dried fractured cell from the tuber of potato (Solanum tuberosum) demonstrating thin cell walls and starch grains (amyloplasts)