TEM、SEM、冷冻、金相四大电镜制样方法大汇总，必收藏
引言
利用电子显微镜的高分辨本领、高放大倍率等特点来分析研究物体的组织形貌、结构特征的一种近代材料物理试验方法。但是样品制作的好坏直接关系到结果的准确，因而制作出符合要求的样品成为整个实验的关键。下面介绍几种常用电镜的制样方法。
透射电镜（TEM）
TEM放大倍数可达近百万，可以看到在光学显微镜下无法看清的0.1～0.2nm的细微结构。其样品制备工作量很大，占整个测试工作的一半以上，甚至超过90％，十分关键。
图 透射电镜
样品台
常用样品台分为两种：顶入式样品台和侧插式样品台
要求样品室空间大，一次可放入多个（常见为6个）样品网，样品网盛载杯呈环状排列，使用时可以依靠机械手装置进行依次交换。
优点：每观察完多个样品后，才在更换样品时破坏一次样品室的真空，比较方便、省时间。
缺点：但所需空间太大，致使样品距下面物镜的距离较远，不适于缩短物镜焦距，会影响电镜分辨力的提高。
样品台制成杆状，样品网载放在前端，只能盛放1～2个铜网。
优点：样品台的体积小，所占空间也小，可以设置在物镜内部的上半端，有利于电镜分辨率的提高。
缺点：不能同时放入多个样品网，每次更换样品必须破坏一次样品室的真空，略嫌不便。
支撑网的选择：支撑网有多种材质如Cu、Ni、Be、尼龙等，选择时要与待分析样品的成分分开。
图 筛网尺寸
制备原则
主要制备方法
1. 支持膜法
适用范围：纳米颗粒（防止样品从铜网缝隙中漏出）
支持膜种类：
微栅膜
FIB微栅膜
纯碳微栅膜
多孔碳膜
Quantifoil规则多孔膜
C-flat纯碳多孔支持膜等
图 支持膜法
制备过程：
液滴上支持膜（两种方法）：
（a）滴样：用镊子夹持覆有支持膜的铜网，用滴管滴几滴悬浮液在支持膜上，保持夹持状态至干燥（推荐）
（b）捞取：用镊子夹持载网浸入溶液捞取液滴（缺点：双面挂样
制备关键和注意事项：
2.复型法
基本原理：用对电子束透明的薄膜（碳、塑料、氧化物薄膜）把材料表面或断口的形貌复制下来的一种间接样品制备方法。
适用范围：在电镜中易起变化的样品和难以制成薄膜的试样。
样品要求：非晶态、分子尺寸小、导电性、导热性良好，耐轰击，有足够的强度和刚度。
复型法分类：塑料一级复型、碳一级复型、塑料-碳二级复型、萃取复型。
（1）塑料一级复型
样品上滴特定溶液，溶液在样表面展平，多余的用滤纸吸掉，溶剂蒸发后样品表面留下一层100nm左右的塑料薄膜。
图 塑料一级复型
（2）碳一级复型
使用真空镀膜装置在样品表面蒸镀一层碳膜，样品放入真空镀膜装置中，把样品放入配好的分离液中进行电解或化学分离后分离出的碳膜即可用于分析。
图 碳一级复型
（3）萃取复型
图 萃取复型
（4）塑料-碳二级复型
简单地说，在塑料一级复型上再制作碳复型，就是二级复型。分辨率与塑料一级复型相当，不破坏样品，耐电子束照射，复型带有重金属投影。
图 碳二级复型
3. 超薄切片法
适用范围：生物组织、较软的无机材料等。
1.取材 2.固定 3.漂洗 4.乙醇或丙酮系列脱水 5.渗透 6.包埋 7.聚合 8.修块 9.切片 10.捞片染色 11.电镜观察
注意事项：
4.离子剪薄法
适用范围：用于非金属材料或非均匀金属
制备过程：
图 离子剪薄法
5.电解双喷减薄法
适用范围：只能制备金属试样，首选大块金属。
样品准备：
制备步骤：
电解液选择：根据样品；不损伤仪器
优点：条件易控制，快速，重复性好，成功率较高。
图 电解双喷减薄法原理图
6. 聚焦离子束法（FIB）
适用范围：适用于半导体器件的高精度切割与线路修复。
方法：铣削阶梯法，削薄法（H-bar）
铣削阶梯法：
图 铣削阶梯法制备的样品TEM照片
削薄法（H-bar）：
图 削薄法工作示意图
扫描电镜（SEM）
扫描电子显微镜样品制备比透射电镜样品制备简单，不需要包埋和切片。
样品要求：
样品必须是固体；满足无毒，无放射性，无污染，无磁，无水，成分稳定要求。
制备原则：
常用方法：
块状导电材料：无需制样，用导电胶把试样粘结在样品座上，直接观察。
块状非导电（或导电性能差）材料：先使用镀膜法处理样品，以避免电荷累积，影响图像质量。
图 块状样品制备示意图
直接分散法：
超声分散法：将少量的颗粒置于烧杯中，加入适量的乙醇，超声震荡5分钟后，用滴管加到铜片上，自然干燥。
镀膜法
真空蒸发镀膜法(简称真空蒸镀)是在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分 子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到固体(称为衬 底或基片)表面，凝结形成固态薄膜的方法。
原理：
离子溅射镀膜是在部分真空的溅射室中辉光放电，产生正的气体离子；在阴极（靶）和阳极（试样）间电压的加速作用下，荷正电的离子轰击阴极表面，使阴极表面材料原子化；形成的中性原子，从各个方向溅出，射落到试样的表面，于是在试样表面上形成一层均匀的薄膜。
特点：
溅射方法：直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应溅射。
1．直流溅射
图 直流溅射沉积装置示意图
已很少用，因为沉积速率太低~0.1μm/min,基片升温，靶材必须导电，高的直流电压，较高的气压。
优点：装置简单，容易控制，支模重复性好。
缺点：工作气压高（10-2Torr）,高真空泵不起作用；
沉积速率低，基片升温高，只能用金属靶（绝缘靶导致正离子累积）
2．射频溅射
图 射频溅射工作示意图
射频频率：13.56MHz
特点：
3．磁控溅射
原理：以磁场改变电子运动方向，并束缚和延长电子的运动轨迹，提高了电子对工作气体的电离几率，有效利用了电子的能量。从而使正离子对靶材轰击所引起的靶材溅射更加有效，可在较低的气压条件下进行溅射，同时受正交电磁场束缚的电子又约束在靶附近，只能在其能量耗尽时才能沉积的基片上。
图 磁控溅射原理示意图
特点：低温，高速，有效解决了直流溅射中基片温升高和溅射速率低两大难题。
缺点：
反应溅射
在溅射气体中加入少量的反应气体如氮气，氧气，烷类等，使反应气体与靶材原子一起在衬底上沉积，对一些不易找到块材制成靶材的材料，或溅射过程中薄膜成分容易偏离靶材原成分的，都可利用此方法。
反应气体：O2，N2，NH3，CH4，H2S等
镀膜操作
将制好的样品台放在样品托内，置于离子溅射仪中，盖好顶盖，拧紧螺丝，打开电源抽真空。待真空稳定后，约为5 X10-1mmHg，按下“启动”按钮，通过调节针阀将电流调至6~8mA，开始镀金，镀金一分钟后自动停止，关闭电源，打开顶盖螺丝，放气，取出样品即可。
图 Cressington 108Auto高性能离子溅射仪
冷冻电镜制样
冷冻电镜，就是用于扫描电镜的超低温冷冻制样及传输技术(Cryo-SEM)可实现直接观察液体、半液体及对电子束敏感的样品，如生物、高分子材料等。样品经过超低温冷冻、断裂、镀膜制样（喷金/喷碳）等处理后，通过冷冻传输系统放入电镜内的冷台（温度可至-185℃）即可进行观察。
适用范围：塑料，橡胶及高分子材料，组织化学，细胞化学等
样品制备要求：能够保持本身的结构，又能抗脱水和电子辐射
方法：
（a）通过快速冷冻使含水样品中的水处于玻璃态，也就是在亲水的支持膜上将含水样品包埋在一层较样品略高的薄冰内。
图 液氮冷冻
（b）通过喷雾冷冻装置（spray-freezing equipment），利用结合底物混合冰冻技术 (spray-freezing)，可以把两种溶液（如受体和配体）在极短的时间内混合起来 (ms量级)，然后快速冷冻。
