樣品制備對(duì)SEM掃描電鏡觀察來說也至關(guān)重要，樣品如果制備不好可能會(huì)對(duì)觀察效果有重大影響。
通常希望觀察的樣品有盡可能好的導(dǎo)電性，否則會(huì)引起荷電現(xiàn)象，導(dǎo)致電鏡無法進(jìn)行正常觀察;另外樣品還需要有較好的導(dǎo)熱性，否則轟擊點(diǎn)位置溫度升高，使得試樣中的低熔點(diǎn)組分揮發(fā)，形成輻照損傷，影響真實(shí)的形貌觀察。如果要進(jìn)行EDS/WDS/EPMA定量檢測(cè)，還需要樣品表面盡可能平整。
節(jié) 常規(guī)樣品制備 樣品制備主要包括取樣、清洗、粘樣、鍍膜處理幾個(gè)步驟。
§1. 取樣在進(jìn)行掃描電鏡實(shí)驗(yàn)時(shí)，在可能的條件下，試樣應(yīng)該盡量小，試樣有代表性即可。特別在分析不導(dǎo)電試樣時(shí)，小試樣能改善導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能。另外，大試樣放入樣品室會(huì)有較多氣體放出，特別是多孔材料，不但影響真空度，還大幅度增加抽真空的時(shí)間，可能也會(huì)引入更多的污染。因此對(duì)于多孔材料在放入電鏡前，可以在不損傷樣品的前提下，對(duì)樣品進(jìn)行一定的熱處理，比如電吹風(fēng)吹，紅外燈烘烤，或者放入烘箱低溫加熱一段時(shí)間，將其空隙的氣體排出，以減小進(jìn)入電鏡后的抽真空時(shí)間。
對(duì)于薄膜截面來說*好能夠進(jìn)行切割、鑲嵌、拋光等處理。在鑲嵌時(shí)*好能將試樣一分為二，將要觀察的膜面朝里然后對(duì)粘，然后再進(jìn)行鑲嵌、拋光處理。這樣做的好處是避免在拋光過程中因?yàn)槟っ婧丸偳读现g的力學(xué)性能有一定的差異，而引起薄膜的脫落或者出現(xiàn)裂紋和縫隙。對(duì)粘后的膜面兩面力學(xué)性能一樣，會(huì)改善此種情況。
對(duì)于比較軟的樣品在制截面時(shí)，一般不要用剪刀直接剪斷，直接剪斷的截面經(jīng)過了剪切的拉扯，質(zhì)量較差?？梢钥紤]用鋒利的刀片切斷，比如手術(shù)刀片等?；蛘咴趯⒃嚇咏菰谝旱羞M(jìn)行冷凍脆斷。在冷凍脆斷前可以先切一個(gè)小缺口，這樣凍硬的樣品可以順著切口用較小的力就可發(fā)生斷裂。有條件的話可以考慮用截面離子束拋光或者FIB拋光。
對(duì)于粉末樣品來說，取樣要少量，否則粉末堆疊在一起會(huì)影響導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。粉末樣品團(tuán)聚嚴(yán)重的話，可以考慮將粉末混合在易揮發(fā)溶劑中(如純水、乙醇、正己烷、環(huán)己烷等)，配成一定濃度的懸濁液，用超聲分散，然后取小滴滴在試樣座或者硅片、銅(鋁)導(dǎo)電膠帶上。此時(shí)不要使用碳導(dǎo)電膠帶，因?yàn)樘紝?dǎo)電膠帶不夠致密，會(huì)使得樣品嵌入在空隙中影響觀察。等待溶劑揮發(fā)干燥后，粉體靠表面吸附力粘附在基底上。
粉末超聲分散制樣不過值得注意的是溶劑的選擇，溶劑不能對(duì)要觀察的試樣有影響，否則會(huì)改變?cè)嚇拥某跏夹蚊捕沟脠D像失真。如圖4-3，高分子球樣品在用水稀釋分散后仍為球形，而用無水乙醇分散后，形貌發(fā)生了變化。
§2. 清洗試樣盡可能保證新鮮，避免沾染油污。特別是不要直接用手直接接觸試樣，以免沾染油脂。清潔不僅僅是針對(duì)試樣的要求，同樣還包括了樣品臺(tái)。樣品臺(tái)要做到經(jīng)常用無水乙醇進(jìn)行清洗。
§3. 粘樣試樣的粘貼應(yīng)該盡量保持平穩(wěn)、牢固，并盡可能減少接觸電阻，以增加導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。特別是對(duì)于底面不平整的試樣，*好用銀膠進(jìn)行粘貼，讓銀膠填滿縫隙以保證平穩(wěn)。如果要進(jìn)行EBSD測(cè)試，*好也用銀膠。EBSD采集要經(jīng)過70度的傾轉(zhuǎn)，重力力矩較大，而導(dǎo)電膠帶有一定的彈性，可能會(huì)因?yàn)橹亓壒识鸩嚼?，?dǎo)致樣品漂移。此外，平時(shí)大多數(shù)試樣都是采用碳導(dǎo)電膠帶進(jìn)行粘貼，不過如果要進(jìn)行極限分辨率的觀察，*好也用銀膠，以進(jìn)一步增加導(dǎo)電性。我們粘貼樣品的目的是使得樣品要觀察的表面要能和樣品臺(tái)底座之間具有導(dǎo)電通路，而不是僅僅認(rèn)為表面導(dǎo)電就好。樣品表面導(dǎo)電性再好，如果沒有導(dǎo)電通路和樣品臺(tái)聯(lián)通的話，仍然會(huì)有荷電。特別是對(duì)于不規(guī)則樣品，更要注意粘貼時(shí)候的導(dǎo)電通路。左邊與中間的表面并未和樣品臺(tái)導(dǎo)通，屬于不合理的粘貼，而右邊形成了通路，是合理的粘貼方式。
合理(右)與不合理(左、中)的粘貼對(duì)于很多規(guī)則樣品，比如塊體或者薄片樣品，也存在很多不合理的粘貼方式。很多人認(rèn)為試樣有一定的導(dǎo)電性，就將試樣直接粘在導(dǎo)電膠帶上。樣品表面和樣品臺(tái)之間依然會(huì)出現(xiàn)沒有通路的情況，有時(shí)即使樣品導(dǎo)電性好，可能也會(huì)因?yàn)橛休^大的接觸電阻使得圖像有微弱的荷電或者在大束流工作下有圖像漂移。則是開始將導(dǎo)電膠帶故意留一段長(zhǎng)度，將多余的長(zhǎng)度反粘到試樣表面去。這樣使得不管樣品體內(nèi)導(dǎo)電性如何，表面都能通過導(dǎo)電膠帶形成通路。而且即使樣品整個(gè)體內(nèi)都有較好的導(dǎo)電性，連接到表面的導(dǎo)電膠帶相當(dāng)于一個(gè)并聯(lián)電路，并聯(lián)電路的總電阻總是小于任何一個(gè)支路的電阻，所以無論試樣的導(dǎo)電性任何，都應(yīng)習(xí)慣性的將一段導(dǎo)電膠帶連接到表面，以進(jìn)一步減小接觸電阻，增強(qiáng)導(dǎo)電性。
將導(dǎo)電膠帶延伸到試樣表面的粘貼對(duì)于粉末試樣的粘貼，也是要少量，避免粉末的堆疊影響導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。粉體可以取少量直接撒在試樣座的雙面碳導(dǎo)電膠上，用表面平的物體，例如玻璃板或?qū)щ娔z帶的蠟紙面壓緊，然后用洗耳球吹去粘結(jié)不牢固的顆粒。如果粉末量很少，無法用棉簽或藥勺進(jìn)行取樣，也可將碳導(dǎo)電膠帶直接去粘貼粉末。
§4. 鍍膜對(duì)于導(dǎo)電性不好的試樣，我們通?？梢赃x擇鍍膜處理。通常情況我們選擇鍍金Au膜，如果對(duì)分辨率有較高的要求，可以選擇鍍鉑Pt、鉻Cr、銥Ir。如果要對(duì)樣品進(jìn)行嚴(yán)格的EDS定量分析，則不能鍍金屬膜，因?yàn)榻饘倌?duì)X射線有較強(qiáng)的吸收，對(duì)定量有較大影響，此時(shí)可選用蒸鍍碳膜。
現(xiàn)在的鍍膜設(shè)備一般都能控制膜厚，通常鍍5nm的薄膜就足夠改善導(dǎo)電性，對(duì)于有些特殊結(jié)構(gòu)的試樣，比如海綿或泡沫狀，表面不致密，即使鍍較厚的導(dǎo)電層，也難以形成通路。所以我們鍍膜盡量控制在10nm以下，如果鍍10nm的導(dǎo)電膜仍沒有改善導(dǎo)電性，繼續(xù)增加鍍膜也沒有意義。一般鍍金的話在10萬倍左右就能看見金顆粒，鍍鉑的話可能需要放大到20萬倍才能看見鉑顆粒，而鍍鉻或者銥則需要放大到接近30萬倍。所以對(duì)于導(dǎo)電性不好的試樣來說，可以根據(jù)需要選擇不同的鍍膜。鍍膜之后，由金屬膜代替試樣來發(fā)射二次電子，而一般鍍的金、鉑都有較高的二次電子激發(fā)率，在鍍膜之后還能增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度和襯度，提升圖片質(zhì)量。只要鍍膜不會(huì)掩蓋試樣的真實(shí)細(xì)節(jié)，完全可以進(jìn)行鍍膜處理，而不用糾結(jié)于一定要不鍍膜進(jìn)行觀察，除非有特別不能鍍膜的要求。當(dāng)然，對(duì)于要求倍數(shù)特別高或者嚴(yán)格測(cè)量的一些觀察要求，則要謹(jǐn)慎鍍膜處理。畢竟在高倍數(shù)下，鍍膜會(huì)掩蓋一定的形貌，或者使測(cè)量產(chǎn)生偏差。如圖4-7，左邊是鍍金處理的PS球在SEM下的測(cè)量結(jié)果，右邊是TEM直接拍攝的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)SEM的測(cè)量結(jié)果大約在195nm左右，而TEM的測(cè)量結(jié)果在185nm左右，這就是因?yàn)榻oPS球鍍了5nm金而引起直徑擴(kuò)大了10nm左右。
PS球在SEM下鍍膜觀察和TEM直接觀察的對(duì)比除了不導(dǎo)電樣品需要鍍膜，對(duì)于一些導(dǎo)熱性不佳的試樣，有時(shí)也需要鍍膜。電子束轟擊試樣時(shí)，很多能量轉(zhuǎn)變成熱能，使得轟擊點(diǎn)溫度升高，升高溫度表達(dá)式為ΔT(K) = 4.8 × VI / kd其中，V為加速電壓、I為束流、d為電子束直徑，k為試樣熱導(dǎo)率。對(duì)于導(dǎo)熱性差的試樣，k較低，ΔT有時(shí)能接近1000K，很容易對(duì)試樣造成損傷。比如有時(shí)候?qū)Ω叻肿訕悠愤M(jìn)行觀察時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)樣品在不斷的變化，其實(shí)是樣品受到電子束轟擊造成了輻照損傷損傷。而經(jīng)過鍍膜后，可以提高熱導(dǎo)率，降低升溫程度，避免樣品受到電子束輻照損傷。
