粉体样品制样方式对AFM图像的影响

第38卷第1期2019年2月电㊀子㊀显㊀微㊀学㊀报Journal of Chinese Electron Microscopy SocietyVol．38,No．12019-02文章编号:1000-6281(2019)01-0065-07㊀㊀原子力显微镜在粉末样品测试中的应用赵宏伟1,2,3,许㊀博1,2,3,吴㊀鉴1,2,3∗(昆明理工大学1.真空冶金国家工程实验室,2.云南省有色金属真空冶金重点实验室,3.省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,云南昆明650093)摘㊀要㊀㊀原子力显微镜(AFM )广泛地应用于材料㊁生物及医学等领域,对包括绝缘体在内的表面平整光滑的样品,能够获得纳米级的高分辨率图像,是微观形貌和性能表征的重要测试手段之一㊂但由于粉末样品性状的特殊性,AFM 在粉末样品中的测试应用受到了极大的限制㊂本文对粉末样品的AFM 测试进行了样品预处理的初步探索,并在此基础上对草酸亚铁及其烧结产物㊁碳酸锂㊁铁粉㊁锌粉及氧化锌粉等多种粉末样品进行了AFM 形貌测试研究,获得了一系列高清晰度高分辨率的形貌图及剖面轮廓图,研究结果对AFM 技术的扩展运用和粉末样品微观形貌表征的多样性,具有十分重要的意义㊂关键词㊀㊀原子力显微镜;粉末样品;形貌测试中图分类号:TG115．21+5．7;TB383㊀㊀文献标识码:A㊀㊀doi :10．3969/j.issn.1000-6281．2019．01．011收稿日期:2018-06-28;修订日期:2018-07-21基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.51364021).作者简介:赵宏伟(1997-),男(汉族),云南禄丰人,学士.E-mail:Hongweifirst@ ∗通讯作者:吴鉴(1986-),女(壮族),云南曲靖人,硕士,实验师.E-mail:wujian3756@㊀㊀原子力显微镜(AFM)在材料科学[1],电化学[2],食品科学[3]以及生命科学[4-5]等领域有着广泛的应用,近年来在表面科学[6]领域,AFM 也表现出了独特的优势,是一种表征材料表面性能的先进手段[7]㊂现阶段,高清晰度和高分辨率的AFM 图像,大都是在表面光滑的固体㊁薄膜以及生物类样品的测试中得到[8-14]㊂但采用AFM 直接测试粉末样品的微观形态较为困难㊂原因在于粉末样品颗粒较轻,表面能较高,容易引起的静电吸附和其他粘滞力作用,导致在扫描过程中颗粒会吸附在探针上,阻碍扫描的进行,甚至损坏探针[15]㊂此外,粉末样品颗粒的质量较小,探针与颗粒之间的微小作用力容易使样品移动,使得扫描不稳定,难以获得高品质图像㊂然而,科研领域中,大多数待测样品为粉末样品,需要进行形貌表征,对于不导电的粉末样品,扫描电镜等测试手段难以直接测试,且放大倍数有限;对于部分特殊粉末样品,容易被电子束击穿使样品破坏,难以表征样品形貌㊂AFM 对样品导电性没有要求,且测试过程对样品没有破坏,可以补充其他电镜测试手段无法实现的表征技术;对于片状结构的粉末样品,扫描电镜和透射电镜都不能获得片层厚度的信息,但AFM 可以获得片状颗粒的厚度㊂相关研究[16-20]尝试了采用AFM 表征粉末颗粒的表面形态,但没有针对粉末样品AFM 测试的详细预处理方法进行指导,对测试方法和效果没有进行系统地呈现,本研究针对粉末样品的AFM 测试进行了预处理方法的建议,并呈现了多类粉末样品AFM 测试的高品质图像,对AFM 技术的扩展运用和粉末样品微观形貌表征手段的多样性,具有十分重要的意义㊂1㊀实验1．1㊀实验仪器及样品实验采用Agilent Technologies 公司生产的Agilent5500型原子力显微镜中的轻敲模式对样品进行测试,横向分辨率:512ˑ512像素,扫描速度:0．5~2line /second,扫描探针为NANO WORLD Innovative Technologies 公司生产的NCL -50型探针,长225μm,宽38μm,厚7μm,共振频率为190kHz,力常数为48N /m㊂采用上海科导超声仪器有限公司生产的SK3300HP 型超声波清洗器对粉末样品在一定介质中进行超声分散㊂百得实验仪器(苏州)有限公司生产的14579510型单道可调移液枪将均匀分散在溶液中的样品移取到云母片上㊂云母片用作样品基底,由Electron Microscopy Sciences 公司提供㊂试验选取的粉末样品共6种:草酸亚铁㊀㊀电子显微学报㊀J.Chin.Electr.Microsc.Soc.第38卷粉体,碳酸锂粉末,铁粉,锌粉,氧化锌粉,均由实验室自行制备提供㊂图1㊀片层结构的草酸亚铁的AFM 形貌与剖面图㊂a.扫描范围为2μm ˑ2μm;b.扫描范围为4μm ˑ4μm;c.扫描范围为13μm ˑ13μm㊂Fig.1㊀AFM morphology and profile images of ferrous oxalate with lamella structure.Scanning area:a.2μm ˑ2μm;b.4μm ˑ4μm;c.13μm ˑ13μm.1．2㊀样品预处理方法将约10mg 的粉末样品置于装有50mL 去离子水的烧杯中,超声分散5min,再用移液枪移取20μL 分散好的悬浮液滴到云母片上,室温下自然干燥30min,待测㊂2㊀结果与讨论2．1㊀电池材料粉末样品的AFM 测试2．1．1㊀二维片层草酸亚铁粉末随着锂离子电池的快速发展,草酸亚铁作为合成锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的常用原料之一,正受到人们的关注㊂通过对草酸亚铁结构和形貌的表征,可以对草酸亚铁的制备工艺进行反馈和优化,对于合成高性能磷酸铁锂有极大的促进作用㊂根据草酸亚铁的AFM 形貌图,可清晰地观察到草酸亚铁晶体单元的形貌特征,该类草酸亚铁的晶体单元呈片状堆砌的长棒状结构,而且尺寸和厚度均匀,晶体厚度约为2nm㊂值得注意的是,在图1b 视野左下方出现了局部团聚体,将扫描范围扩大后得到图1c,视野中呈现有离散的晶体单元,同时观察到形状规律的团聚体,团聚体的整体厚度均匀,与晶体单元厚度尺寸相关联,约为2~4nm㊂该现象为片层结构的草酸亚铁66㊀第1期赵宏伟等:原子力显微镜在粉末样品测试中的应用㊀㊀晶体单元的自组装形成了二维有序的团聚体㊂研究表明该草酸亚铁作为锂电池正极材料磷酸铁锂的原材料,制备成的磷酸铁锂能优化锂离子电池的电化学性能,其容量㊁倍率性能㊁循环性能等都有显著提高㊂通过AFM 测试观察其纳米颗粒的形貌,为上述现象的机理研究提供参考㊂2．2．2㊀碳酸锂粉末实验通过氢化分解法对工业级碳酸锂进行碳化再分解,获得纯度较高的电池级碳酸锂,因导电性较差,扫描电镜测试效果不佳,故采用AFM 观察二者形貌㊁尺寸是否有差异㊂图2所示工业级碳酸锂具有均一的球形形貌,颗粒尺寸均匀,约为1μm;电池级碳酸锂的形貌有所变化,不再是规则的球形结构,颗粒尺寸大约100~400nm㊂电池级碳酸锂是制备磷酸铁锂㊁锰酸锂等锂离子电池正极材料的重要原料,根据碳酸锂的AFM 形貌图,可对比不同碳酸锂的形貌特征,为提纯工艺过程中晶体生长机理研究提供参考㊂图2㊀碳酸锂粉末的AFM 形貌图㊂a.工业级碳酸锂,扫描范围为10μm ˑ10μm;b.电池级碳酸锂,扫描范围为5μm ˑ5μm㊂Fig.2㊀AFM morphology of lithium carbonate.Scanning area:a.10μm ˑ10μm;b.5μm ˑ5μm.2．3㊀草酸亚铁烧结产物拟通过热重炉及真空炉两种工艺对草酸亚铁进行烧结,获得铁氧化物,观察两种不同烧结工艺和条件下,烧结产物的形貌和尺寸差异,为烧结工艺的选择提供参考㊂一部分在差热-热重分析仪(TG /DTA),氩气气氛中800ħ下烧结,另一部分在900ħ的真空炉中烧结㊂将两种烧结产物分别制备在两片云母片上,结果如图3㊂从图3可看出,两种烧结产物都具有相似的雪花状形貌㊂但在TG /DTA 装置中800ħ氩气气氛下的烧结产物颗粒比在900ħ真空炉中的烧结产物颗粒大,而且结构更为疏松㊂在2μm ˑ2μm 的高分辨率下,可观察到在TG /DTA 装置中800ħ氩气气氛下的烧结产物颗粒形成了疏松的网状结构,但在真空炉中烧结产物的颗粒比较致密,仅在表面有少量的孔㊂AFM 图像清晰地表征了不同烧结条件下草酸亚铁烧结产物颗粒的形状和尺寸等微观信息,为烧结工艺的选择提供参考㊂2．4㊀其他粉末样品的AFM 形貌测试(铁粉,锌粉,氧化锌粉)金属及其氧化物粉末颗粒较为松散,其性能在很大程度上取决于粉末的生产方法及制备工艺,通过AFM 形貌图呈现出的颗粒粒度㊁表面形貌㊁单个颗粒的形状㊁片状颗粒的厚度等信息,可以改进其制取工艺以提高金属及其氧化物粉末的性能㊂图4a 为铁粉的AFM 形貌图及相应的局部剖面轮廓图,铁粉颗粒呈规则的片状结构,直径约为1μm,而且颗粒厚度一致,约为0．75nm;图4b 为锌粉的AFM 形貌图及相应的局部剖面轮廓图,锌粉颗粒较为松散,但颗粒厚度一致,约为1~1．3nm㊂研究者拟通过扫描电镜观察氧化锌颗粒的核壳结构,但因颗粒较小,扫描电镜的放大倍数及分辨率有限,通过AFM 进行形貌测试后,从图4c 和图4d 中,可以看出氧化锌颗粒具有较小的尺寸和特殊的核壳结构,且表面有裂缝㊂但是,由于样品预处理时浓度过高,导致颗粒较多堆积,故单个颗粒的细节信息㊀㊀㊀76㊀㊀电子显微学报㊀J.Chin.Electr.Microsc.Soc.第38卷图3㊀草酸亚铁烧结产物AFM 形貌图㊂a.TG /DTA 800ħ氩气气氛烧结产物,扫描范围10μm ˑ10μm;b.TG /DTA 800ħ氩气气氛烧结产物,扫描范围5μm ˑ5μm;c.TG /DTA 800ħ氩气气氛烧结产物,扫描范围2μm ˑ2μm;d.900ħ真空炉烧结产物,扫描范围10μm ˑ10μm;e.900ħ真空炉烧结产物,扫描范围5μm ˑ5μm;f.900ħ真空炉烧结产物,扫描范围2μm ˑ2μm㊂Fig.3㊀AFM morphology of sintered products of ferrous oxalate.a.TG /DTA at 800ħunder argon atmosphere,scanning area:10μm ˑ10μm;b.TG /DTA at 800ħunder argon atmosphere,scanning area:5μm ˑ5μm;c.TG /DTA at 800ħunder argon atmosphere,scanning area:2μm ˑ2μm;d.Vacuum oven at 900ħ,scanning area:10μm ˑ10μm;e.Vacuum oven at 900ħ,scanning area:5μm ˑ5μm;f.Vacuum oven at 900ħ,scanning area:2μm ˑ2μm.86㊀第1期赵宏伟等:原子力显微镜在粉末样品测试中的应用㊀㊀图4㊀ a.铁粉的AFM测试的形貌与剖面图,扫描范围为10μmˑ10μm;b.锌粉的AFM测试的形貌与剖面图,扫描范围为10μmˑ10μm;c,d.氧化锌粉的AFM测试的形貌图,扫描范围为c:2μmˑ2μm,d:1μmˑ1μm㊂Fig.4㊀a.AFM morphology and profile images of ferrous powder,scanning area:10μmˑ10μm;b.AFM morphology and profile images of zinc dust,scanning area:10μmˑ10μm;c,d.AFM morphology of zinc oxide powder,scanning area:c:2μmˑ2μm,d:1μmˑ1μm.难以观察,需在后期测试中逐渐掌握经验,并进行改善提高㊂3　结论本文对粉末样品的AFM测试进行了样品预处理的初步探索,通过将样品超声分散并制备于云母片上进行AFM测试,获得了粉末样品的高品质AFM图像㊂在此基础上选取草酸亚铁及其烧结产物㊁碳酸锂㊁铁粉㊁锌粉及氧化锌粉等多种具有代表性的粉末样品进行了AFM形貌测试研究,获得了AFM对粉末材料测试的实践经验,并得到了一系列高清晰度高分辨率的形貌图及剖面轮廓图,图像中呈现的特殊形貌可为样品的制备工艺及性能改善提供参考和指导㊂粉末样品的AFM测试研究为96㊀㊀电子显微学报㊀J.Chin.Electr.Microsc.Soc.第38卷AFM技术的扩展运用和粉末样品微观形貌的多样性表征,提供了有益的实践指导㊂参考文献:[1]㊀YAO S P,JIAO K,ZHANG K.An atomic forcemicroscopy study of coal nanoporestructure[J].ChineseScience Bulletin,2011,56(25):2706-2712. 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afm制样方法AFM制样方法（Atomic Force Microscopy Sample Preparation Method）引言：原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）是一种高分辨率的显微镜技术，可以用于研究材料表面形貌和力学性质。

在进行AFM观测之前，需要对样品进行制备，以确保获得准确、可靠的结果。

本文将介绍几种常用的AFM制样方法，包括机械剥离法、腐蚀法和电化学法，并对它们的优缺点进行比较。

一、机械剥离法机械剥离法是一种常用的AFM制样方法，适用于硬材料的制备。

该方法一般使用针尖或刀片对样品进行划割或剥离，从而得到所需的表面形貌。

机械剥离法的优点是操作简单、成本低廉，并且可以在常温下进行。

然而，由于机械剥离过程中的力量难以控制，容易引入人为误差，导致样品损伤或形貌失真。

二、腐蚀法腐蚀法是一种适用于金属材料的AFM制样方法。

该方法利用酸性或碱性溶液对样品进行腐蚀，从而得到所需的表面形貌。

腐蚀法的优点是可以精确控制腐蚀速率，得到高质量的制样结果。

此外，腐蚀法还可以用于去除样品表面的氧化层或污染物，提高制样质量。

然而，腐蚀法的缺点是需要使用腐蚀剂，操作过程中需要注意安全问题，并且对于一些特殊材料可能不适用。

三、电化学法电化学法是一种适用于导电性材料的AFM制样方法。

该方法利用电化学反应在样品表面形成氧化物或还原物，从而改变样品的表面形貌。

电化学法的优点是可以实现对样品表面形貌的精确控制，并且可以在室温下进行。

此外，电化学法还可以控制样品表面的化学成分，实现表面修饰。

然而，电化学法的缺点是需要使用电化学设备和电解液，操作过程相对复杂，并且对于一些非导电材料不适用。

四、方法比较与选择以上三种AFM制样方法各有优缺点，适用于不同类型的样品。

机械剥离法适用于硬材料，操作简单但易引入人为误差；腐蚀法适用于金属材料，可以精确控制制样过程但需要注意安全问题；电化学法适用于导电性材料，可以实现精确控制并进行表面修饰。

漫谈化工材料研究用的显微镜—SEM、TEM、AFM、STM陈老师（哲博检测，浙大国家大学科技园，Emal: ceshi@）化工材料的检测常常用到各种显微镜，如SEM、TEM、AFM、STM。

它们作用相近，却各有特点，灵活运用才能为材料的检测作出最大的贡献。

本文以散文形式漫谈了几种显微镜的原理、用途。

SEM：利用二次电子成像，表面5－10 nm的表层形貌像，最高分辨率目前是0.4 nm TEM：利用透射电子成像，样品的结构，形貌，同时可以观察倒易空间衍射花样，对于物质结构的解释有直观的优势。

并通过倾转得到的系列衍射花样，推知未知晶体结构。

最高分辨率0.5 A。

STM：利用隧穿电流的变化，得到样品表面原子级分辨像。

光学显微镜、TEM、SEM成像原理比较HRTEM和STM有本质区别的STM是表面局域电子态，和内部结构并无大关系TEM是晶格整体对电子的衍射，实际样品都有一定厚，高阶衍射和多次衍射束都有影响，样品厚度过大的话（几十个nm）就很难得到高分辨像了。

另外，样品的晶轴转向也很有讲究，否则得到的高分辨像实际是一定角度的投影，晶格常数就不匹配了。

我们这里在F30上一般不做diffraction pattern，因为有损坏CCD的危险。

拍出高分辨来做FFT就可以了。

比如，TEM观察主要是针对生物材料的内部超微结构；SEM和AFM观察是针对生物材料的表面形貌。

但是，SEM的景深比AFM的大，所以图像的立体效果好，但是对于纳米级的结构分辨不好（这个有时也要看仪器性能），而AFM的景深小，图像的立体感和反差不如SEM，但是对于纳米级的结构解析度好。

此外，AFM的制样简单，但观察比较费时间。

你做的是纳米材料，具体用哪个技术还需要你自己根据研究的内容来决定。

我仅是从生物材料的角度来分析这几种技术，回答的并不全面，还望有更多的朋友来帮你。

权此在这里抛砖引玉吧。

SEM扫描电镜可以观察物体的表面形貌,也可用于做成分的定性和半定量分析TEM透射电镜样品需要做成薄片,可用于观察内部显微结构,也可用于选区电子衍射等,也可用于成分分析,而且TEM的倍数要比SEM大得多，TEM很多用于观察纳米级别的试样STM 扫描隧道显微镜原子级，高分辨similar with AFM原子力显微镜（AFM ）的原理是利用针尖与样品表面原子间的微弱作用力来作为反馈信号，维持针尖——样品间作用力恒定，同时针尖在样品表面扫描，从而得知样品表面的高低起伏。

afm制样要求及流程以AFM制样要求及流程为标题的文章一、引言原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）是一种重要的纳米表征技术，广泛应用于物理、化学、生物学等领域。

在进行AFM图像观察前，需要进行制样处理，以获得高质量的样品表面形貌信息。

本文将介绍AFM制样的要求及流程。

二、AFM制样要求1. 样品表面平整度要求高：由于AFM的工作原理是通过扫描样品表面，测量表面的高度差异，因此样品表面平整度对获得准确的图像信息至关重要。

通常要求样品表面粗糙度小于10纳米。

2. 样品表面干净无尘：样品表面的灰尘、污染物会影响AFM图像的质量，因此在制样前需要进行充分的清洁处理。

常用的清洗方法包括超声波清洗、离子清洗、溶剂清洗等。

3. 样品固定稳定：为了保证样品在扫描过程中的稳定性，需要将样品固定在特定的基座上。

常用的方法有双面胶固定、夹持固定等。

4. 样品尺寸适中：样品的尺寸应适中，既能容纳AFM扫描探针，又能够在扫描范围内获得足够的表面信息。

三、AFM制样流程1. 样品准备：首先，需要选择合适的样品进行制样。

根据实际需求，可以选择金属材料、无机材料、有机材料等。

然后，将样品切割成适当的尺寸，通常为几毫米大小。

2. 清洗处理：将样品放入超声波清洗器中，使用适当的溶剂进行清洗处理。

清洗时间一般为10-15分钟，然后用去离子水冲洗干净，并用氮气吹干。

3. 固定样品：将样品固定在基座上，可以使用双面胶固定或夹持固定。

固定时要注意避免产生表面应力，以免影响后续的扫描结果。

4. AFM扫描参数设置：打开AFM设备，根据样品的性质和要求设置合适的扫描参数，包括扫描速度、扫描范围、力曲线等。

在设置参数时要根据实际情况进行调整，以获得最佳的图像效果。

5. 扫描样品：将样品放入AFM仪器中，启动扫描程序。

通过扫描探针与样品表面的相互作用，获得样品表面的高度信息，生成AFM 图像。

6. 分析结果：根据获得的AFM图像，对样品表面形貌进行分析和解释。

扫描电镜样品制备及图像质量影响因素分析①【摘要】扫描电镜在材料科学及生物学领域有着广泛应用，而样品制备和图像质量是影响扫描电镜成像效果的重要因素。

本文从扫描电镜样品制备方法、样品表面处理、样品形态结构、操作参数和仪器状况等方面探讨了这些因素对图像质量的影响。

通过对不同因素的分析与比较，总结出了影响扫描电镜图像质量的主要因素，并对未来研究方向进行了展望。

本研究的目的在于为研究人员提供更好的样品制备和操作指导，提高扫描电镜成像的效率和质量，从而推动科学研究的进展。

【关键词】扫描电镜、样品制备、图像质量、影响因素、表面处理、形态结构、操作参数、仪器状况、综述、展望1. 引言1.1 研究背景当前关于扫描电镜样品制备及图像质量影响因素的研究还比较有限，对于各种因素的作用机理和交互影响尚未完全阐明。

深入研究扫描电子显微镜样品制备及图像质量影响因素，探讨各种因素对图像质量的影响规律，有助于提高SEM图像的分辨率和准确度，进一步拓展SEM在科研和实践中的应用范围。

本文旨在系统探讨扫描电子显微镜样品制备及图像质量影响因素，为相关研究提供参考和借鉴。

通过综合分析各种因素的影响，探讨SEM图像质量的优化方法，为未来的研究和发展提供有益的参考和指导。

1.2 研究目的扫描电镜在材料科学、生物学、医学等领域具有广泛的应用，但在实际使用过程中，样品制备及操作参数的选择对图像质量有着重要影响。

本文旨在探讨扫描电镜样品制备过程中各种因素对图像质量的具体影响，以期为扫描电镜图像的优化提供参考。

本研究旨在深入分析扫描电镜样品制备过程中各个环节对图像质量的影响因素，探讨不同制备方法、样品表面处理、样品结构形态、操作参数以及仪器状况等因素在图像质量方面的综合影响规律。

通过系统的实验研究和数据分析，为进一步优化扫描电镜图像质量提供科学依据和方法借鉴。

对于影响因素的分析和研究，也能够为从事相关领域研究人员提供参考和指导，促进扫描电镜技术在各个领域的应用和发展。

afm的制样方法AFM（Atomic Force Microscopy）是一种常用的制样方法，它可以用来研究材料的表面形貌和性质。

本文将介绍AFM的制样方法及其应用。

AFM的制样方法包括样品准备、扫描和图像分析三个步骤。

在样品准备阶段，需要将待测样品固定在AFM的样品台上。

通常，样品可以直接固定在样品台上，也可以通过粘贴剂或夹具固定在样品台上。

固定后，需要使用显微镜等工具来观察样品的位置和形貌，确保样品固定正确。

接下来是扫描步骤。

AFM通过探针对样品表面进行扫描，探针可以是金属或半导体材料制成的。

在扫描之前，需要根据不同的实验目的选择合适的探针，并将其安装到AFM的扫描头上。

在扫描过程中，扫描头会沿着样品表面移动，并通过探针对样品表面进行力学或电学的测量。

测量的结果会通过探针与样品表面之间的相互作用力来反映，这些力可以是原子间的吸引力或排斥力，也可以是电荷间的相互作用力。

通过扫描，可以获取到样品表面的形貌和性质信息。

最后是图像分析步骤。

在扫描完成后，需要对得到的图像进行分析和处理。

首先，可以对图像进行滤波处理，去除噪声和干扰。

然后，可以使用图像处理软件进行图像增强和分析。

例如，可以通过测量图像中的高度差来确定样品表面的粗糙度，或者通过测量图像中的力学变形来研究样品的弹性性质。

此外，还可以对图像进行三维重建，以获得更加直观的样品形貌信息。

AFM的制样方法在各个领域都有广泛的应用。

在材料科学领域，可以利用AFM来研究材料的表面形貌、纳米结构和力学性质。

在生物医学领域，AFM可以用来观察和测量生物分子、细胞和组织的形貌和力学性质。

在纳米科技领域，AFM可以用来制备纳米结构和纳米器件，并研究其性质和应用。

此外，AFM还可以用于纳米材料的质量检测、纳米加工和纳米尺度下的力学测试等方面。

AFM的制样方法是一种重要的表面形貌和性质研究工具，可以广泛应用于材料科学、生物医学和纳米科技等领域。

通过合理的样品准备、精确的扫描和准确的图像分析，可以获得高质量的样品表面形貌和性质信息，为科学研究和工程应用提供有力支持。

纳米粉末样品制备方法对扫描电镜成像的影响周丽花【摘要】The preparation of well dispersed SEM samples is significantly important to the observation for the accurate morphology and particle sizes of nano-powder. In this study, conductive platinum and non-conductive yttrium vanadate were chosen as study objects. Direct-fixing method and the fixing method using copper mesh with carbon supporting film were used to prepare SEM samples, respectively. The influences of the two methods on the observation results of SEM were investigated. The results showed that the fixing method using copper mesh with carbon supporting film can effectively improve the dispersion of nano-powders, and eliminate the possibility of the occurrence of fusion between nano-particles and conductive adhesive. It enables the accessibility to true SEM image of nano -powders, and improves the accuracy and the efficiency of SEM measurement.%制备出分散良好的电镜样品对准确观察纳米粉末的形貌和尺寸尤为重要.以导电类铂和不导电类钒酸钇纳米粉末为研究对象,分别采用直接固定法和铜网碳载膜固定法制备样品,并对比这两种方法对扫描电镜成像的影响.结果表明:采用铜网碳载膜固定制备法可以有效改善纳米粉末样品的分散性,杜绝纳米颗粒与导电胶发生溶合,易获得纳米粉末样品扫描电镜真实像,明显提高扫描电镜观察的准确性和检测效率.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2012(038)005【总页数】4页(P15-17,21)【关键词】纳米粉末;扫描电镜;铜网碳载膜;直接固定法;准确性【作者】周丽花【作者单位】中国科学院福建物质结构研究所,福建福州350002【正文语种】中文【中图分类】TB92;TH742.9;TM930.12;O641.10 引言众所周知，纳米材料的性能与其微结构（如表面形貌、尺寸等）密切相关[1-5]，因此对纳米材料的微结构进行有效观察是研究其构效关系的前提条件之一。

扫描电镜样品制备及图像质量影响因素分析①扫描电镜是一种非常重要的分析工具，它可以用来观察微观颗粒和组织结构。

在使用扫描电镜进行观察时，样品的制备和图像的质量是非常重要的因素。

本文将介绍扫描电镜样品制备的方法，以及影响图像质量的因素，帮助读者更好地理解和掌握扫描电镜的应用。

一、扫描电镜样品制备的方法扫描电镜样品制备是观察样品的第一步，样品的制备质量直接影响到后续观察结果的准确性和可靠性。

目前扫描电镜样品制备的方法主要有化学固定法、膜支撑法以及冷冻切片法等。

1. 化学固定法化学固定法是通过用冰醋酸、乙醛等物质将样品固定在样品架上，使得样品的结构保持原状。

这种方法适用于大多数的样品，而且固定后的样品可以保存很长时间，方便后续的操作。

但是在使用化学固定法时需要注意，要避免过量的固定剂，以免对样品的形态产生破坏。

2. 膜支撑法膜支撑法是在样品的表面涂覆一层聚合物薄膜，使得样品表面平整并且增加样品的机械强度。

这种方法适用于软脆的样品，可以有效避免在样品处理过程中出现的形变和损坏。

但是在使用膜支撑法时需要注意，选择合适的薄膜材料和合适的涂覆方法，以免对样品造成干扰。

3. 冷冻切片法冷冻切片法是将样品冷冻并且切成很薄的切片，然后在扫描电镜中直接观察。

这种方法适用于生物样品或者含水样品的制备，可以有效保持样品的生物活性和结构完整性。

但是在使用冷冻切片法时需要注意，样品的冷冻和切片过程中必须迅速，并且要避免在样品表面生成冰晶，以免影响观察结果。

二、图像质量影响因素分析扫描电镜的图像质量是反映样品观察效果的重要指标，图像质量的好坏直接影响到对样品结构和特征的分析。

在扫描电镜图像质量的影响因素中，主要包括电镜参数、样品处理以及图像处理等几个方面。

1. 电镜参数电镜参数是影响扫描电镜图像质量的重要因素，主要包括电压、放大倍数和孔径等。

较高的电压可以提高电子束的穿透能力，对于较厚的样品可以选择较高的电压，而对于较薄的样品可以选择较低的电压。

一、原子力显微镜简介原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM），一种可用来研究包括导体、半导体和绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。

它的横向分辨率可达0.15m，而纵向分辨率可达0.05m，AFM最大的特点是可以测量表面原子之间的力，AFM可测量的最小力的量级为10-14-10-16N。

AFM还可以测量表面的弹性，塑性、硬度、黏着力等性质，AFM还可以在真空，大气或溶液下工作，也具有仪器结构简单的特点，在材料研究中获得了广泛的研究。

它与其他显微镜相比有明显不同，它用一个微小的探针来”摸索”微观世界，AFM超越了光和电子波长对显微镜分辨率的限制，在立体三维上观察物质的形貌，并能获得探与样品相互作用的信息，典型AFM的侧向分辨率（x，y）可达到2nm，垂直分辩牢（方间）小于0。

1mmAFM具有操作客易、样品准备简单、操作环境不受限制、分辨率高等优点。

二、原子力显微镜的基本原理AFM中为检测出表面力而精细加工的感知杠杆使用了一端支撑的微小弹簧板。

在感知杠杆的尖端有半径几十纳米、非常尖的小探针，感知杠杆从试件表面受到探针的作用力变形。

感知杠杆的弹性系数K 一般为已知，通过用隧道电流或激光束偏移，来检测感知杠杆在Z方向上的微小位移△Z，可知作用在探针一表面之的局力（F=K△Z）。

一边测定该力，一边对试样进行机械的二维扫描，就能得到试样表面力的二维像。

为保持力的信号稳定，一边控制试样Z方向的位置，一边扫描试样，记录各点的移动量，就可以得到三维的精细形貌像。

图1当探针尖和试件表面的距离缩小到纳米数量级时，探针尖端原子和试件表面原子间的相互作用力就显示出来，由于原子间距离缩小产生相互作用，造成原子间的高度势垒降低，使系统的总能量降低，于是二者之间产生吸引力（范德华力），如果两原子间距离继续减小接近到原子直径量级时，由于两原子间的电子云的不相容性，两原子间的相互作用为排斥力（库仑力），原子力显微镜就是通过检测探针尖和试件表面原子间的相互作用力而进行测量的。

扫描电镜样品制备及图像质量影响因素分析①作者：马虹徐娜时军波李囡李恩霞张宏来源：《科技创新导报》2019年第26期摘 ; 要：样品的制备作为扫描电子显微镜观测前的必要工序，对观测结果的精确性和准确度有重要影响。

本文介绍了场发射扫描电子显微镜块状和粉末样品的制备方法，归纳总结了影像图像质量的主要因素。

关键词：场发射扫描电镜 ;样品 ;制备方法 ;图像质量中图分类号：TN16 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码：A ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文章编号：1674-098X（2019）09（b）-0103-02Abstract： As a necessary procedure before scanning electron microscope observation， sample preparation has an important influence on the accuracy of observation results. In this paper， the preparation of bulk and powder samples by field emission scanning electron microscope is introduced， and the main factors of image quality are summarized.Key Words： Field emission scanning electron microscope; Sample; Preparation method; Image quality場发射扫描电子显微镜（Field Emission Scanning Electron Microscope， FESEM）是近年来发展起来的一种简单、高效、便捷、几乎是非破坏性的表面观测设备[1]。

分析测试经验介绍 (400 ~ 406)粉末样品制备方法对扫描电子显微镜成像质量的影响王馨楠（大连理工大学 化工学院分析测试中心，辽宁 大连　116024）摘要：纳米粉末材料是化学化工领域常见的样品，在其扫描电子显微镜表征中，通常会遇到以下几个问题：二次电子产率低，粉末聚集结块从而导致无法观察纳米形貌，以及荷电效应等. 以二氧化硅小球粉末、ZSM-5分子筛纳米片以及聚苯乙烯小球粉末为研究对象，在不镀金属膜的前提下，分别采用粉末直接涂抹在导电碳胶或银胶上和溶液分散后滴涂在不同基底上的方法进行样品制备，比较了直接涂抹和分散后滴涂在基底上两种方法对扫描电子显微镜成像的影响. 结果表明，样品经过溶液分散能够有效的减小粉末的团聚，其中，滴涂在硅片基底上可以减小荷电效应和背景影响，清晰观察到粉末的纳米级形貌.关键词：扫描电子显微镜；粉末样品；样品制备中图分类号：O657; TN16 文献标志码：B 文章编号：1006-3757（2023）04-0400-07DOI ：10.16495/j.1006-3757.2023.04.009Effect of Different Preparation Methods for Powder Samples on ImagingQuality of Scanning Electron MicroscopeWANG Xinnan（Analysis & Research Center of the School of Chemical Engineering , Dalian University ofTechnology , Dalian 116024, Liaoning China ）Abstract ：The nano-sized powder materials are common samples in the field of chemistry and chemical industry. In the scanning electron microscopy (SEM) characterization of the nano-sized power materials, the following problems are usually emerged, such as low secondary electron yields, powder agglomeration resulting in the inability to observe nanomorphology, charging effects and so on. Silica spheres powder, ZSM-5 zeolite nanosheets and polystyrene spheres powder were used as the SEM samples. The SEM samples on substrates were unsprayed with a metal film, and were prepared by direct-coating the powder onto the conductive tap or silver paint and by drop-coating the dispersing solution onto different substrates, respectively. The effect of two preparation methods on SEM imaging, direct-coating and drop-coating of dispersing solution on a substrate, were compared. The results showed that the dispersing solution of the samples can effectively reduce the agglomeration of the powders, in which the drop-coating on the silicon wafer substrate could reduce the charging effect and background effect, and the nanoscale morphology of the powder can be clearly observed.Key words ：scanning electron microscope ；powder samples ；sample preparation随着现代科学技术的飞速发展，纳米材料在各个学科领域中不可或缺[1-3]. 纳米材料的化学物理特性、机械性能等都与其尺寸、表面微观结构等因素密切相关，因此对纳米材料的微观表征是对其深入研究的必要条件[4-5]. 扫描电子显微镜与光学显微镜相比，有更高的分辨率和景深，能够直接观察样品的微纳米结构，还可以在对样品进行形貌观察的同时进行成分分析. 与透射电子显微镜相比，样品适收稿日期：2023−08−14；　修订日期：2023−10−23.作者简介：王馨楠（1985−），女，工程师，主要从事扫描电子显微镜的表征分析，E-mail ：*******************.cn.第 29 卷第 4 期分析测试技术与仪器Volume 29 Number 42023年12月ANALYSIS AND TESTING TECHNOLOGY AND INSTRUMENTS Dec. 2023用性广、制样方法简单且图像的放大范围广. 扫描电子显微镜在观察材料微观形貌上的优势使得其广泛应用于化学化工、生物医学、半导体工业以及机械材料等领域[6-8].使用扫描电子显微镜对纳米材料进行微观表征时，其成像质量的影响因素有：样品的自身特性、测试条件的改变以及样品的制备方法等[9-10]. （1）样品的自身特性. 如果样品具有良好的导电性以及较高的二次电子产率会提高成像质量，这样的样品在扫描电子显微镜测试中难度较小，很容易获得高质量图像. （2）测试条件的改变. 测试条件（如：加速电压、束斑尺寸以及工作距离）的调整对扫描电子显微镜结果有着非常大的影响，这部分工作在已发表的文章中也有讨论[11-12]. （3）样品的制备方法. 选取合适的样品制备方法可以改善成像质量. 纳米材料以粉末形式居多，比表面积大，在范德华力作用下颗粒容易发生自发团聚，形成的团聚体尺寸较大，从纳米级增加至微米级，形貌上也会发生巨大的变化，无法观察到样品真实的形貌和尺寸. 在扫描电子显微镜样品制备中，较为常用的粉末样品的制样方法是将粉末直接涂抹在导电碳胶上，此方法不需要提前处理样品，导电碳胶也较易获得. 对于纳米级粉末样品，可以采用乙醇、水等溶剂作为分散剂，有效的将团聚的纳米材料分散开，防止发生聚集.将分散的纳米材料溶液滴涂在基底上，干燥后在扫描电子显微镜下观察. 对于纳米级粉末样品，不同的制样方式得到的扫描电子显微镜图像不尽相同.因此，优化制样方法从而准确观察纳米粉末的真实形貌和尺寸是非常重要的[13-16].二氧化硅小球、分子筛以及聚苯乙烯小球是较为常见的非金属材料，尺寸在纳米量级，常应用于化学化工领域[17-18]，其导电性差，二次电子产率低，制备后通常以粉末形式保存、运输和应用. 这三种材料的扫描电子显微镜表征比较有挑战性. 本文以上述三种材料为研究对象，在不镀金属膜的前提下，研究不同制样方法对三种材料扫描电子显微镜下成像质量的影响，优化出最为合适且较为通用的不导电纳米粉末样品的制样方式. 在化学、化工及生物等领域，常见的粉末多具有导电性差的特点，在扫描电子显微镜表征中有一定测试难度，因此本文只讨论不导电样品的制样方法，对导电性好的样品就不再多做讨论.1　试验部分1.1　仪器与试剂场发射扫描电子显微镜（FEI公司，Novananosem450）；镀膜仪（Quorum Q150T ES）和超声波清洗器（上海科导超声仪器有限公司，SK3300）. 所用试剂均为分析纯，试验用水为去离子水.1.2　样品制备二氧化硅小球采取经典的Stober合成法[1]；ZSM-5分子筛纳米片和聚苯乙烯小球的制备方法参考已有文献报道[2-3].1.3　粉末样品的制样方法方法一：涂抹固定于导电碳胶. 将导电碳胶粘在样品台上，用药匙将粉末样品均匀的涂在导电碳胶上，然后用氮气气枪吹扫掉未粘牢固的粉末样品.方法二：涂抹固定于银胶. 将银胶摇晃均匀，用刷子蘸取适量的银胶刷在样品台表面，待银胶即将风干时，将粉末样品涂抹在银胶上，使其固定，同样用氮气气枪吹扫掉未固定的粉末样品.方法三：滴涂在不同基底上. 二氧化硅样品：将样品研磨后，取5 mg粉末于10 mL离心管中，加入5 mL乙醇，摇晃均匀后放入超声仪中超声分散3 min，待用. ZSM-5分子筛样品：将样品研磨后，取5 mg粉末于10 mL离心管中，加入5 mL去离子水，摇晃均匀后放入超声仪中超声分散3 min，待用. 聚苯乙烯样品：同ZSM-5分子筛样品处理方法. 三种粉末样品分散后，用移液枪移取10 µL液体滴在不同基底上，自然干燥后放入扫描电子显微镜样品室进行测试.2　结果与讨论2.1　粉末涂抹固定于导电碳胶导电碳胶是电子显微镜实验室中最为常见的制样基底材料. 采用将粉末样品涂抹固定于导电碳胶的方法，简便快捷，样品无需经过前期处理，干燥的样品都可以固定在导电碳胶上. 该制样法是扫描电子显微镜表征最为常用的样品制备方法. 本文将所制备的二氧化硅、ZSM-5分子筛、聚苯乙烯粉末样品分别涂抹在导电碳胶上进行扫描电子显微镜表征. 由于所选取的三种粉末样品均属于无机、有机非金属材料，自身特性决定了其在扫描电子显微第 4 期王馨楠：粉末样品制备方法对扫描电子显微镜成像质量的影响401镜表征中的难度. 其中二氧化硅样品为无机非金属氧化物，其导电性不佳，分子筛样品不耐电子束轰击. 聚苯乙烯样品为有机聚合物，其导电性差、不耐电子束轰击、荷电效应尤为明显. 根据已有的文献和已发表的关于分子筛样品的扫描电子显微镜测试条件，表明选择较低的加速电压进行形貌观察可以有效的减小荷电效应[11-12]. 此条件不仅适用于分子筛样品，对于大多数纳米尺寸颗粒样品，低加速电压能够避免荷电的影响，保留样品表面的细小结构，获得更为真实的图像信息. 故本文选择在加速电压为2 kV的条件下进行样品形貌表征，束斑尺寸为3.0，工作距离在4~5 mm之间.图1（a）～（c）分别为二氧化硅、ZSM-5分子筛和聚苯乙烯粉末样品直接涂抹在导电碳胶上的扫描电子显微镜图像. 从图1（a）（c）中可以看到二氧化硅和聚苯乙烯形貌均为球形颗粒. 但由于其自发聚集的特性，颗粒团聚严重，图像中只能看到堆叠几层或者十几层的团聚体，无法观察到单层或单个颗粒. 不仅如此，团聚在一起的二氧化硅小球和聚苯乙烯小球，无法将电荷顺利导出，因此在图像中形成了黑白条纹，即荷电效应. 图1（b）可以观察到ZSM-5分子筛粉末样品的形貌. 所制备的ZSM-5分子筛样品为长方形的薄片，片层厚度为纳米尺寸.纳米片状为比较少见的ZSM-5分子筛形貌，因此在表征过程中需要清晰观察到纳米片的大小以及厚度. 但由于纳米材料自发聚集的性质，导致片状结构堆叠严重，从图1（b）中很难分辨出单个ZSM-5分子筛样品的尺寸大小、片层厚度等，不利于样品形貌的观察. 除纳米颗粒堆叠严重影响形貌观察外，三种粉末样品的元素组成主要为碳、氧、硅和铝，其二次电子产率较低，使得图像整体信号较弱，图像偏暗.1 μm 1 μm 1 μm图1　粉末样品直接涂抹在导电碳胶上的扫描电子显微镜图片（a）二氧化硅粉末，（b）ZSM-5分子筛粉末，（c）聚苯乙烯粉末Fig. 1　SEM images of powder samples on conductive tape(a) silica, (b) ZSM-5 zeolite, (c) polystyrene2.2　粉末涂抹固定于银胶将二氧化硅、ZSM-5分子筛以及聚苯乙烯粉末样品分别涂抹固定于银胶上进行扫描电子显微镜表征，结果如图2所示. 从图2（a）和图2（c）中可以看出二氧化硅和聚苯乙烯为球形纳米颗粒，与图1（a）和图1（c）一致，但球形纳米颗粒仍然聚集在一起，并未得到样品的单个形貌信息. 从图2（b）中可以观察到ZSM-5分子筛粉末样品也堆叠在一起，形成聚集体，无法观察到单个片状结构的具体形貌信息（如纳米片的长、宽以及厚度）. 对比图2和图1的亮度参数和对比度参数，两者相差无几，但图2的亮度却明显高于图1，说明相同样品涂抹在导电碳胶和银胶上，产生的信号强度有所差别. 这是由于银的原子序数高于碳的原子序数，其二次电子产率较高，因此得到的图像信号会强一些，图片会亮一些. 另外银的导电性也优于碳胶，对于样品电荷导出更有利. 对比图1和图2还可以看出，图2（a）的黑白条纹已经消失，说明银胶能够有效的将样品表面产生的电荷导出，避免产生荷电效应. 图2（c）中虽然还有少量的黑白条纹，但与图1（c）相比，荷电效应较弱. 这是因为在相同的条件下，聚苯乙烯样品的自身导电性比另外两个样品的导电性差.从图1、2的扫描电子显微镜结果可以看出，对于纳米级的粉末样品，采用直接涂抹在导电碳胶和银胶上的制样方式，粉末样品都会发生聚集，无法获得单分散的形貌，尤其对于ZSM-5分子筛这种特殊的片状结构，用涂抹的方法很难获得单分散的形貌信息. 如果想更为准确地了解纳米颗粒的尺寸以402分析测试技术与仪器第 29 卷及单分散的形貌就需要选用其他的制样方式.2.3　粉末分散于溶剂中滴涂在基底上要想获得分散性好的形貌信息，上述涂抹固定在导电碳胶和银胶上的制样方法不可行. 因此选择将粉末在溶剂中进行超声分散，分散后滴涂在基底上，待自然晾干后进行扫描电子显微镜的表征测试.根据样品制备的溶剂环境选择合适的溶剂，避免样品在溶剂中形貌发生变化，比较常见的溶剂为水和乙醇. 选用的研究对象中，二氧化硅小球的制备环境为乙醇，ZSM-5分子筛和聚苯乙烯小球为水相合成. 因此在选择分散溶剂时，二氧化硅小球用乙醇分散，其余两种粉末选用水分散.以二氧化硅小球为研究对象，选择不同的基底，将用乙醇分散好的二氧化硅小球分别滴涂在软基底（导电碳胶、银胶）及硬基底（铜网碳载膜、铝箔、玻璃片和硅片）上. 得到的扫描电子显微镜结果如图3、4所示. 导电碳胶和银胶是较软的基底，样品滴涂在表面时容易陷入胶内，使得纳米颗粒观测起来不具有立体效果. 图3（a）可以看出衬底凹凸不平，少量二氧化硅小球密集排布在部分区域，没有独立分开的颗粒，且整体信号较弱，荷电效应明显，效果不甚理想. 图3（b）结果与图3（a）相似，二氧化硅小球的导电性不佳导致图像中荷电效应非常明显，在银胶基底上，小球同样紧密排列，分散性差，不利于观察单个小球的形态和尺寸. 导电碳胶和银胶均存在有机物质，而二氧化硅小球的分散溶剂是乙醇，根据相似相溶原理，碳胶和银胶上的有机物质在乙醇作用下少量溶出，导致纳米小球紧密排列在一起分散不开，并形成有机薄膜包覆在颗粒表面，无法观察到材料本身的细致结构. 虽然导电碳胶和银胶是实验室比较常见的制样材料，但是将二氧化硅小球分散在乙醇溶剂中滴涂在导电碳胶和银胶上的制样方式都不是理想的选择.使用硬基底可以避免上述问题. 硬基底如铜网碳载膜、铝箔、玻璃片和硅片也是实验室较为常见1 μm 1 μm 1 μm图2　粉末样品直接涂抹在银胶上的扫描电子显微镜图像（a）二氧化硅粉末，（b）ZSM-5分子筛粉末，（c）聚苯乙烯粉末Fig. 2　SEM images of powder samples on silver paint(a) silica, (b) ZSM-5 zeolite, (c) polystyrene.2 μm 2 μm图3　二氧化硅小球滴涂在（a）导电碳胶和（b）银胶上的扫描电子显微镜图像Fig. 3　SEM images of silica nanospheres drop-coated on(a) conductive tape and (b) silver paint158.3n m156.7 nm1 μm 1 μm1 μm 1 μm图4　二氧化硅小球滴涂在（a）铜网碳载膜、（b）铝箔、（c）玻璃片和（d）硅片上的扫描电子显微镜图像Fig. 4　SEM images of silica nanospheres drop-coated on(a) copper mesh, (b) aluminum foil, (c) glass slide and(d) silicon wafer第 4 期王馨楠：粉末样品制备方法对扫描电子显微镜成像质量的影响403的材料. 这4种材料相对于导电胶来说是硬支撑材料，具有表面平整的特点，比较适合作为溶液滴涂的基底. 图4是将乙醇分散的二氧化硅小球分别滴涂在铜网碳载膜、铝箔、玻璃片和硅片上的扫描电子显微镜图像. 从图4中可以看到，4种基底相对平整，而且不会与溶剂发生相互作用. 通过加入溶剂超声处理的制样方法，可以非常有效地将纳米颗粒分散开，防止团聚. 从图4中可以观察到单分散的二氧化硅小球，清楚地得到小球的形态和尺寸，获得更真实的材料形貌信息. 4种基底材料的特性不同，得到的扫描电子显微镜图像也不尽相同. 其中铜网碳载膜是碳材料，其二次电子产率低，膜表面不够光滑，因此在图4（a）中可以看到图像整体有些偏暗，是由基底二次电子产率低导致的，同时也可以看到一些黑色的图案，是碳膜表面不够光滑造成的. 铝箔表面也不够光滑，故在图4（b）中也可以明显看到基底上不平整的条纹，对小球样品形貌观察的影响不大，但如果是其他形貌的样品就会有些许影响，而且基底的条纹在图片中也不够美观. 玻璃基底虽然平整度高，但导电性不佳，故在图4（c）中可以看到明显的黑色条纹，是由于电荷累积引起的荷电效应，图片不够美观，对形貌的观察也有一定的影响. 硅片基底平整光滑且无杂质，在图4（d）中可以看到二氧化硅小球单层平铺在基底上，球形边界清晰，分散性好，纳米小球直径在158 nm左右.从图4可以看出，分散剂的引入能够非常有效地解决纳米颗粒聚集的问题，而且在4种硬基底上均可以观察到单分散的二氧化硅纳米颗粒. 除了确定二氧化硅颗粒的形状、纳米级尺寸外，还可以确定纳米颗粒大多是独立存在，而非粘连在一起. 4种基底平整度、洁净度以及导电性上各有差异，但都在成像上发挥了最基本的作用. 其中硅片平整光滑，表面洁净，滴涂在硅片上的二氧化硅小球可以清晰的观察到小球的纳米尺寸和真实形貌，基底对样品的观察没有任何影响，是非常理想的基底材料.以硅片作为基底，将ZSM-5分子筛粉末和聚苯乙烯粉末分散在水中后滴涂在其上，待干燥后进行扫描电子显微镜表征，得到图5. 从图5（a）中可以看到，单层ZSM-5分子筛片状颗粒分散在硅片上，或平躺，或侧立，与图1（b）和图2（b）粉末直接涂抹的方法相比，分散溶剂的引入有效地解决了ZSM-5分子筛纳米颗粒的堆叠问题. 从扫描电子显微镜图像中可以准确观察到ZSM-5分子筛的片状结构，并且可以在放大的条件下测量薄片的宽度和厚度，确定其具体形貌和尺寸. 图5（a）中测得ZSM-5分子筛纳米片的宽度为90~200 nm，厚度为20~30 nm，这是在涂抹方法制样中无法实现的. 图5（b）是用水分散后滴涂在硅片上的聚苯乙烯小球，可以看到小球粒径在250 nm左右，边界清晰，且在硅片上的纳米颗粒荷电效应减小，图像不再有大量黑白条纹，图像清晰度较好.90.19n m249.2n m255.0 nm2.61nm26.52nm197.1nm1 μm 1 μm图5　（a）ZSM-5分子筛粉末和（b）聚苯乙烯小球滴涂在硅片基底上的扫描电子显微镜图像Fig. 5　SEM images of (a) ZSM-5 zeolite and(b) polystyrene nanospheres drop-coated on silicon wafer聚苯乙烯小球属于高分子聚合物，其导电性、导热性均不佳，在扫描电子显微镜的测试中经常出现荷电效应，严重影响图像质量. 一般会在样品表面镀一层金属膜来增加导电性，再进行扫描电子显微镜观察. 图6为聚苯乙烯小球镀金属膜和未镀金属膜的扫描电子显微镜图像，其中选择铂作为镀膜材料. 对比图6（a）和图6（b），镀金属膜的聚苯乙烯小球荷电效应消失，图像整体亮度提升，但小球的立体感较弱，图像看起来有些厚重. 未镀金属膜的聚苯乙烯小球虽然还存在些许黑白条纹，但不影响图像质量，小球边界清晰，立体感强. 结果表明，对于聚苯乙烯小球这种导电性差的样品滴涂在硅片上进行扫描电子显微镜测试时，在未镀金属膜的情况下，可以看到清晰的纳米级小球结构，准确获得形貌尺寸信息. 因此，通过溶剂分散滴涂的方式进行粉末样品的形貌测试时，即使省去镀膜的步骤，也可以得到高质量的扫描电子显微镜图像. 同时，以硅片作基底，表面平整、光滑、洁净，其优良的导电性能帮助样品导出电荷，增加样品的导电性，同时提高图像的质量. 因此，对于观察纳米级材料，硅片作基底可获得高质量图像效果.通过上述三种纳米材料在不同制样方式的扫404分析测试技术与仪器第 29 卷描电子显微镜表征，可以发现，对于不导电、不耐电子束且二次电子产率低的无机、有机非金属材料来说，粉末样品直接涂抹在导电胶上，只能观察到聚集的形貌和状态，无法得到纳米材料真实确切的形貌信息. 如果用溶剂分散后滴涂在硅片上，可以非常清晰的观察到单分散纳米颗粒的形貌尺寸等信息. 可见，对于纳米颗粒粉末，通过选择乙醇、水等溶剂进行分散的制样方法，可以有效地将纳米颗粒分散开，防止其发生团聚.3　结论优化粉末样品的制样方法是得到高质量扫描电子显微镜图像的重要前提. 直接涂抹在导电碳胶的制样方法简便易操作，适合不易结块或者颗粒尺寸较大的粉末样品. 使用溶剂分散滴涂在基底的方法较为繁琐，但对于纳米级粉末能够有效分散颗粒，防止发生聚集，获得单分散的扫描电子显微镜图像.因此，测试人员需要了解样品的特性，根据样品的实际情况选择适合的制样方式，这样不仅可以得到优质的图像，而且可以提高样品的测试效率，在最短时间获得样品最佳的扫描电子显微镜图像，从而分析样品的真实形貌和特征.参考文献：Wu S L, Liu T F, Tang B T, et al. 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样品制备对X射线衍射测试结果的影响研究作者：周杨杨指导老师：仲志国摘要：X射线衍射是目前研究晶体结构最常用的方法，特别适用于晶态物质的物相分析。

本文主要介绍X射线衍射实验中样品的制备方法及其注意事项，并利用X射线衍射对颗粒度不同的NaCl样品进行测试，比较颗粒度对X射线衍射仪测试结果的影响。

结果显示：样品颗粒度的大小对样品X射线衍射的最大相对强度对应的衍射峰位影响不是很大，而衍射的最大相对强度则随样品颗粒度的减小而明显增强。

关键词：X射线衍射；样品制备；测试结果0 引言X射线衍射是目前研究晶体结构(如原子或离子及其基团的种类和位置分布，晶胞形状和大小等)最有力的方法。

X射线衍射特别适用于晶态物质的物相分析。

晶态物质组成元素或基团如果不相同或其结构存在差异，它们的衍射谱图在衍射峰数目、角度位置、相对强度次序以至衍射峰的形状上就会显现出差异。

因此，通过样品的X射线衍射图像与已知的晶态物质的X射线衍射谱图的对比分析便可以完成样品物相组成和结构的定性鉴定；通过对样品衍射强度数据的分析计算，可以完成样品物相组成的定量分析；X射线衍射还可以测定材料中晶粒的大小或其排布取向（材料的织构）等等，应用面十分普遍、广泛。

1 X射线衍射原理X射线是一种波长很短(约为0.01～100Å)的电磁波，能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。

在用电子束轰击金属“靶”产生的X射线中，包含与靶中各种元素对应的具有特定波长的X射线，称为特征（或标识）X射线。

德国物理学家劳厄(M.von Laue)提出：晶体可以作为X射线的空间衍射光栅，即当一束X射线通过晶体时将发生衍射，衍射波叠加的结果使X射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。

分析照相底片上得到的衍射花样，便可确定晶体结构。

英国物理学家布喇格父子(W.H.Bragg，W.L.Bragg)在劳厄发现的基础上，不仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构，并提出了作为晶体衍射基础的公式──布喇格定律：2d sinθ=nλ （1）（1）式中λ为X射线的波长；n为任何正整数；θ为X射线的掠射角，即布拉格角；d为所测样品点阵平面的间距。

AFM三种操作模式的比较接触模式在接触模式中，针尖始终与样品保持轻微接触，以恒高或恒力的模式进行扫描。

扫描过程中，针尖在样品表面滑动。

通常情况下，接触模式都可以产生稳定的、高分辨率的图像。

在接触模式中，如果扫描软样品的时候，样品表面由于和针尖直接接触，有可能造成样品的损伤。

如果为了保护样品，在扫描过程中将样品和针尖之间的作用力减弱的话，图像可能会发生扭曲或得到伪像。

同时，表面的毛细作用也会降低分辨率。

所以接触模式一般不适用于研究生物大分子、低弹性模量样品以及容易移动和变形的样品。

非接触模式在非接触模式中，针尖在样品表面上方振动，始终不与样品接触，探针监测器检测的是范德华力和静电力等对成像样品的无破坏的长程作用力。

这种模式虽然增加了显微镜的灵敏度，但当针尖与样品之间的距离较长时，分辨率要比接触模式和轻敲模式都低，而且成像不稳定，操作相对困难，通常不适用于在液体中成像，在生物中的应用也比较少。

轻敲模式在轻敲模式，微悬臂在其共振频率附近作受迫振动，振荡的针尖轻轻的敲击样品表面，间断的和样品接触，所以又称为间歇接触模式。

由于轻敲模式能够避免针尖粘附到样品上，以及在扫描过程中对样品几乎没有损坏。

轻敲模式的针尖在接触表面时，可以通过提供针尖足够的振幅来克服针尖和样品间的粘附力。

同时，由于作用力是垂直的，表面材料受横向摩擦力、压缩力和剪切力的影响较小。

轻敲模式同非接触模式相比较的另一优点是大而且线性的工作范围，使得垂直反馈系统高度稳定，可重复进行样品测量。

轻敲模式AFM在大气和液体环境下都可以实现。

在大气环境中，当针尖与样品不接触时，微悬臂以最大振幅自由振荡；当针尖与样品表面接触时，尽管压电陶瓷片以同样的能量激发微悬臂振荡，但是空间阻碍作用使得微悬臂的振幅减小，反馈系统控制微悬臂的振幅恒定，针尖就跟随样品表面的起伏上下移动获得形貌信息。

轻敲模式同样适合在液体中操作，而且由于液体的阻尼作用，针尖与样品的剪切力更小，对样品的损伤也更小，所以在液体中的轻敲模式成像可以对活性生物样品进行现场检测、对溶液反应进行现场跟踪等。