一种基于模板辅助的透射电镜样品制备方法与流程

本发明属于透射电镜技术领域，具体涉及一种基于模板辅助的透射电镜样品制备方法。

背景技术：

目前，业内常用的现有技术是这样的：

透射电子显微镜是以电子束作为光源，利用电磁透镜对穿透样品的入射电子聚焦成像而获得样品形貌与结构信息的电子光学仪器，在材料科学、生命科学和化学等领域中具有广泛的应用。制备出电子束可以穿透的、具有较大薄区范围的透射电镜薄膜样品是成功实施透射电镜显微分析的前提条件，是得到高质量研究成果的关键环节之一。金属材料透射电镜薄膜样品通常可通过机械研磨、冲孔制片和电解双喷减薄三个步骤制备。其中，电解双喷减薄方法是将冲孔制备的直径3mm圆片悬于对喷化学腐蚀液柱之间，并在样品和液柱之间加电场，通过电化学腐蚀方法在液柱触及范围内获得适宜薄区。目前商用电解双喷仪喷射液柱直径较粗(一般大于2mm)，加之局部瞬时喷射流速、工作电压和电流变化，腐蚀获得薄区的位置和范围难以精确控制，极易出现有孔洞无薄区的现象，致使样品制备成功率降低。对于非标准3mm直径金属圆片如样品尺寸小于液柱直径的样品，以及需要特定薄区位置的样品如截面梯度结构样品、异质多层结构样品等，受样品尺寸、形态和结构所限，采用传统电解双喷减薄方法难以精确控制薄区位置和范围，且操作便捷性差、成功率低。离子减薄方法虽可用于此类样品制备，但流程较为繁琐，效率相对较低，成本相对较高。因此，迫切需要开发一种成本低、效率高、精度好、薄区大、操作简单、适用范围广的改进型双喷减薄制样方法。

综上所述，现有技术存在的问题是：对于非标准3mm直径金属圆片样品以及需要特定薄区位置的样品，由于受样品尺寸、形态和结构所限，采用现有电解双喷减薄方法难以精确控制薄区位置和范围，且操作便捷性差、成功率低。

解决上述技术问题的难度和意义：难度在于基于传统电解双喷减薄方法精确控制样品电解腐蚀区域，进而精确控制薄区位置和范围，实现对非标准3mm直径金属圆片样品以及需要特定薄区位置的样品的双喷减薄。发展基于模板辅助的透射电镜样品制备方法，可以在不改变现有电解双喷仪构造的基础上实现对非标准3mm直径金属圆片样品以及需要特定薄区位置的样品的双喷减薄，具有低成本、高效率、易操作和适用范围广等特点，对于采用传统电解双喷减薄方法精确制备异形复杂结构透射电镜样品的技术难题具有重要意义。

技术实现要素：

本发明为了解决非标准3mm直径金属圆片以及需要特定薄区位置的样品采用电解双喷减薄过程中难以精确控制薄区位置和范围、操作便捷性差和成功率低等问题。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于模板辅助的透射电镜样品制备方法。

本发明是这样实现的，一种基于模板辅助的透射电镜样品制备方法，用于非标准3mm直径金属圆片样品以及需要特定薄区位置的样品的双喷减薄。具体包括以下步骤：

步骤一：根据待减薄透射电镜样品的电化学腐蚀特性、初始规格和拟获得薄区的位置和范围，选取耐腐蚀特性优于待减薄样品的金属模板基材，采用机械切割方法切取直径3mm、厚度300-500μm的圆片，采用激光切割方法在样品中心加工不同规格孔洞，制备成中心具有孔洞的直径3mm金属圆片模板；

步骤二：将待减薄样品叠放于模板上，调整样品拟减薄区域与模板孔洞同心并做好固定，然后将样品和模板整体置于电解双喷仪中进行双喷减薄；

步骤三：双喷减薄结束后将样品立即取出，用无水乙醇清洗3-5次，然后放在滤纸上自然晾干，即可获得具有特定薄区特征的透射电镜薄膜样品。

进一步，步骤一中，模板材质的耐电化学腐蚀特性应优于待减薄样品，待选模板材质可为金属cu、mo、pt和au等，外观为直径3mm、厚度为300-500μm的圆片。

进一步，步骤一中，模板中心孔洞规格为直径0.5-1.5mm的圆孔，或长度为0.5-2mm，宽度为0.3-2mm的狭缝，或边长为0.5-2mm的方孔。

进一步，步骤二中，选用模板中心孔洞应略小于样品拟减薄区域，当样品叠放于模板上时，样品拟减薄区域应与模板孔洞同心。

进一步，步骤三中，用无水乙醇清洗3-5次洗涤去除样品表面附着的离子和有机物。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

1)本发明提出了一种基于模板辅助的透射电镜样品制备方法，该方法工艺简单，操作便捷，设备要求低，适用材料广泛。

2)本发明所确定的方法可精确控制透射电镜样品薄区的位置和范围，适用于非标准3mm直径金属圆片样品以及需要特定薄区位置的样品的双喷减薄法制备。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于模板辅助的透射电镜样品制备方法流程图。

图2是本发明实施例提供的基于模板辅助的透射电镜样品制备方法的原理图。

图3是本发明实施例提供的基于模板的透射电镜样品制备方法中使用的所有模板规格示意图。

图4是本发明实施例提供的采用基于模板的透射电镜样品制备方法制备的aa2024铝合金透射电镜样品示意图。

图中：(a)为所制备样品整体的扫描电镜照片；(b)为所制备样品局部的透射电镜照片；(c)为所制备样品局部的高分辨透射电镜图片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明为了解决非标准3mm直径金属圆片采用电解双喷减薄过程中难以精确控制薄区位置和范围、操作便捷性差和成功率低等问题。

下面结合附图对本发明的应用原理做详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于模板辅助的透射电镜样品制备方法，具体包括以下步骤：

s101：根据待减薄透射电镜样品的电化学腐蚀特性、初始规格和拟获得薄区的位置和范围，选取耐腐蚀特性优于待减薄样品的金属模板基材，采用机械和激光切割方法加工成中心具有孔洞的直径3mm金属圆片模板，其中模板中心孔洞略小于样品拟减薄区域；

s102：将待减薄样品叠放于模板上，调整样品拟减薄区域与模板孔洞同心并做好固定，整体置于电解双喷仪中进行双喷减薄；

s103：结束后取出样品，经清洗晾干后获得具有特定薄区的透射电镜薄膜样品。

步骤s101中，本发明实施例提供的模板的材质为金属cu、mo、pt和au等，外观为直径3mm、厚度为300-500μm的圆片。

步骤s101中，本发明实施例提供的模板中心孔洞规格为直径0.5-1.5mm的圆孔，或长度为0.5-2mm，宽度为0.3-2mm的狭缝，或边长为0.5-2mm的方孔。

步骤s102中，本发明实施例提供的将样品叠放于模板上，是用样品完全遮挡模板的中心空洞，使孔洞不透光。

步骤s103中，本发明实施例提供的用无水乙醇清洗3-5次洗涤去除样品表面附着的离子和有机物。

如图2所示，本发明实施例提供的基于模板辅助的透射电镜样品制备方法的原理图。

加工中心具有不同规格孔洞的直径3mm金属圆片模板，将其叠放于待最终减薄的样品上，调整、固定模板与样品的相对位置，使拟减薄区域处于孔洞中心并使样品完全遮挡模板孔洞，并整体置于电解双喷仪中进行双喷减薄，从而获得具有特定薄区特征的透射电镜薄膜样品。

如图3所示，本发明实施例提供的基于模板的透射电镜样品制备方法中使用的所有模板规格示意图。

下面结合具体实施例对本发明的工作原理进行进一步详细说明；

实施例1；

1、aa2024铝合金1mm薄板侧向截面透射电镜样品制备，其制备过程如下：

1)采用线切割切取aa2024铝合金侧向截面样品薄片，机械研磨至厚度为100μm，再利用穿孔器将样品切成3mm片段，获得3mm*1mm*100μm的待减薄样品；

2)选取厚度为0.3mm的cu合金箔材作为模板基材，机械加工至直径为3mm的圆片，并在圆片中心加工直径为1mm的圆孔；

3)将待减薄样品叠于模板上，调整、固定模板与样品的相对位置，使拟减薄区域处于孔洞中心并使样品完全遮挡模板孔洞；

4)将固定好的样品和模板整体置于减薄仪中进行双喷减薄；双喷液为硝酸甲醇(体积比1:3)，实验温度为25℃，电压为15v；当试样中心部位出现穿孔透光，立即停止实验；

5)用镊子迅速取出试样，用无水乙醇反复的清洗试样3-5次，放在滤纸上自然晾干，即可获得具有特定薄区的透射电镜样品。

2、结果

如图4所示，本发明实施例提供的采用基于模板的透射电镜样品制备方法制备的aa2024铝合金透射电镜样品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。