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透射电镜TEM耗材篇之载网膜及其表面处理

科袖网  · 公众号  ·  · 2017-09-07 18:18

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前面几期都在介绍TEM的相关知识 搞定TEM透射电镜衍射斑点标定你只需要这三步! 透射电子显微镜TEM之样品制备方法 透射电子显微镜TEM之基本知识篇 ,上期只介绍了一种衍射斑点的标定方法 TEM实战篇:看大神如何仅用word完成TEM透射电镜衍射斑点标定 ,有小伙伴留言,为什么不用DM?小编这不是一种一种的介绍嘛,需要时间,下一期就介绍DM。更多TEM分析软件使用教程和实例还在整理中,接下来会在网站(www.ekexiu.com)和公众号更新,敬请期待!今天就先介绍一下透射电镜相关耗材的知识。


载网膜是透射电镜最常用的耗材之一,主要作用是在电镜观察时负载小尺度的样品。目前最常用的是铜材质的载网,根据样品观察需求在载网上负载高分子膜及碳膜制成载网膜,主要包括碳支持膜、微栅、超薄碳膜和纯碳膜等。

01

载网


透射电镜用载网均为直径为3mm、厚度为10-30μm的圆片,适用于所有厂家的各种型号的透射电镜,其主要作用是负载样品且在透射电镜观察时电子束能透过样品,因此基本为网格结构,表面未负载膜的载网称为“裸网”,按照不同的分类方法,主要包括:


1)按孔的形状结构: 如图1所示,一般分为圆孔裸网、方孔裸网等, 圆孔网为国产网,采用腐蚀法制备,方孔网为进口网,采用电沉积方法制备,相比较圆孔网,方孔网的网格更规整,孔可以做的更小。


2)按网孔大小: 分为50目到2000目不等,孔径可从800μm到6.5μm,最常用的载网为200目,孔径约为100μm,肋宽约30μm。


3)按载网材质: 通常用的裸网材质是铜,称为“铜网”,根据需求还有镍、钼、金、铝等材质。


4)坐标网: 如图1c)所示,在裸网格上刻上字母或数字,可以标记样品在在载网上的位置,方便查找样品。


02

载网膜


如上所述,裸网的孔径在微米级,而透射电镜观察的样品尺度通常在100nm以下,为了确保样品能负责在载网上,在裸网上面需覆盖一层厚度为10nm左右的有机膜,称为支持膜。同时,为了防止载网支持膜和样品在电子束照射下积累电荷,发生样品飘移、跳动,甚至出现支持膜破裂等情况,在支持膜上再覆盖一层导电层,提高支持膜的导电性,通常选用无定型碳,经过镀碳的载网支持膜称为“碳支持膜”,根据样品的观察需求有多种膜,具体包括:


1)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。


2)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,结构如图2 a)所示。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。我们以多壁碳纳米管为标样,用透射电镜JEM-2100F观察的10K,50K,800K倍率下的碳纳米管,可以看出应用碳支持膜负载碳纳米管在透射电镜下可实现从低倍至高倍的观察,但是在高分辨观察时,碳颗粒本身的衬度对于碳纳米管的高分辨结构有较大的影响。


3)微栅膜: 为了解决碳支持膜在高分辨观察时的背底问题,可在支持膜上特意制作些微孔,称为微栅膜,通常微栅膜的孔大小不一,孔径为几百纳米到几微米,如图3所示为微栅膜的结构示意图,应用微栅膜负载样品,样品可搭载在孔的边缘,在孔内的部分可实现无背底观察,以提高成像的衬度,由图3 d)可以看出碳纳米管的高分辨像无膜的背底干扰,相比碳支持膜衬度有显着提高。


4)超薄碳膜: 应用微栅膜,线状或片状等较大的样品可搭载在孔边缘,如果样品是纳米级的小颗粒则不能搭载在孔边缘,用碳支持膜衬度又差,此种样品可使用超薄碳膜,为三层膜结构,是在微栅基础上再镀一层超薄碳层,超薄碳膜厚度小于5nm,这样薄碳层将微孔挡住,小颗粒样品可分散在超薄膜上,在高分辨观察时可尽量减少膜衬度的影响,如图4所示,在低倍观察时几乎看不出超薄碳膜的衬度,在高分辨观察时,超薄碳膜会形成背底衬度,但是与碳支持膜相比,衬度已明显减小。



5)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,如图5所示,在高分辨观察时背底的影响也比较明显。







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