X射线复型技术探析.ppt

第七章 复型技术;7-1 概 述;由于电子束的穿透能力比较低，用透射电子显微镜分析的样品非常簿，根据样品的原子序数大小不同，一般在5-500nm之间。要制成这样薄的样品必须通过一些特殊的方法，复型法就是其中之一。;制备复型的材料条件;复型材料的粒子尺寸必须很小。复型材料的粒子越小，分辨率就越高。例如，用碳作复型材料时，碳粒子的直径很小，分辨率可达20nm左右。如用塑料作复型材料时，由于塑料分子的直径比碳粒子大得多，因此它只能分辨直径比10-20nm大的组织细节。; 目前，主要采闻的复型方法是：一级复型法、二级复型法和萃取复型法三种。由于近年来扫描电子显微镜分析技术和金属薄膜技术发展很快，复型技术部分地为上述两种分析方法所替代。但是，用复型观察断口比扫描电镀的断口清晰以及复型金相组织和光学金相组织之间的相似，致使复型电镜分析技术至今仍然为人们所采用。;7-2 质厚衬度原理;2.1 单个原子对入射电子的散射;散射角α的大小取决于瞄准距离rn，原子核电荷Ze和入射电子加速电压U，其关系如下; 但是，当一个电子与一个孤立的核外电子发生散射作用时，由于两者质量相等，散射过程不仅使入射电子改变运动方向，还发生能量变化，这种散射叫做非弹性散射，如下图。;所有瞄准以核外电子为中心， re为半径的园内的入射电子，也将被散射到比α角大的方向上去。所以也可用πrn2来衡量一个孤立的核外电子把入射电子散射到比α角大的方向上去的能力，习惯上叫做核外电子非弹性散射截面，用σe来表示，即σe= πre2 。; 一个原于序数为Z的原子有Z个核外电子。因此，一个孤立原子把电子散射到α以外的散射截面，用σa来表示，等于原子核弹性散射截面σn和所有核外电子非单性散射截面Zσe之和，即σa＝σn+Zσe。原子序数越大，产生弹性散射的比例就越大。弹性散射是透射电子显微成像的基础；而非弹性散射引起的色差将使背景强度增高，图像衬度降低。;2.2 射电子显微镜小孔径角成像;2.3 质厚衬度成像原理;非晶体样品的厚度、密度与成像电子强度的关系; 如果入射到1cm2样品表面积的电子数为n、当其穿透dt厚度样品后有dn个电子被散射到光阑外．即其减小率为dn／n，因此有：;说明强度为I0的入射电子穿透总散射截面为Q．厚度为t的样品后，通过物镜光阑参与成像的电子柬强度I随Qt乘积增大而呈指数衰减。;还由于;质厚衬度表达式的推导;因为;这表明用来制备复型的材料总散射截面Q值越大或复型相邻区域厚度差别越大(后者取决于金相试样相邻区域浮雕高度差)复型图像衬度越高。; 如果复型是由两种材料组成的，如下图所示，假定凸起部分总散射截面为QA，此时复型图像衬度为;7-3 一级复型和二级复型;3.1 一级复型;从下图中可以看出，这种复型是负复型，也就是说样品上凸出部分在复型上是凹下去的。在电子束垂直照射下，负复型的不同部分厚度是不一样的，根据质厚衬度的原理、厚的部分透过的电子束弱，而薄的部分透过的电子束强，从而在荧光屏上造成了一个具有衬度的图像。;对分析直径为20nm左右的细节还是清晰的。但是，塑料一级复型大都只能做金相样品的分析。而不宜做表面起伏较大的断口分析，因为当断口上的高度差比较大时．无法做出较薄的可被电子束透过的复型膜。;碳一级复型;蒸发沉积层的厚度可用放在金相样品旁边的乳白瓷片的颜色变化来估计。在瓷片上事先滴一滴油．喷碳时油滴部分的瓷片不沉积碳而基本保持本色，其它部分随着碳膜变厚渐渐变成浅棕色和深棕色。一般情况下，瓷片呈浅棕色时，碳膜的厚度正好符合要求。;碳复型电解分离时，样品通正电做阳极，用不锈钢平板做阴极。不同材料的样品选用不同的电解液、抛光电压和电流密度。;3.2 二级复型（塑料—碳二级复型）; 右图为二级复型制备过程的示意图。图(a)为塑料中间复型，图(b)为在揭下的中间复型上进行碳复型。为了增加衬度可在倾斜15o-45o的方向上喷镀一层重金属，如Cr、Au等(称为投影)。—般情况下，是在一次复型上先投影重金属再喷镀碳膜，但有时也可喷投次序相反，图(c)表示溶去中间复型后的最终复型。;最终的碳复型是通过溶解中间复型得到的，不必从样品上直接剥离，而碳复型是一层厚度约为10nm的薄层,可以被电子束透过。由于二级复型制作简便，因此它是目前使用得最多的一种复型技术。;7-4 萃取复型与粉末样品;这种复型的方法和碳一级复型类似．只是金相样品在腐蚀时应进行深腐蚀，使第二相粒子容易从基体上剥离。此外，进行喷镀碳膜时，厚度应稍厚，约20nm左右，以便把第二相粒子包络起来。蒸镀过碳膜的样品用电解法或化学法溶化基体(电解液和化学试剂对第二相不起溶解作用)，因此带有第二相粒子的萃取膜和样品脱开后，膜上第二相粒子的形状、大小和分布仍保持原来的状态。;萃取膜比较脆，通常在蒸镀的碳膜上先浇铸一