本發(fā)明屬于透射電鏡樣品制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大顆粒粉末透射電鏡樣品的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著新材料的發(fā)展，近年來，對于微米尺度大顆粒粉末表面包覆狀態(tài)及晶體結(jié)構(gòu)的透射電鏡深入研究需求越來越迫切，如鋰離子電池的正極材料、各種磁性功能材料以及硬質(zhì)合金。目前對于大顆粒粉末樣品，為了滿足透射電鏡觀察要求，樣品制備方法主要有三種：第一種直接分散到碳支撐膜或微柵上，對于微米級顆粒而言，即使樣品的邊緣也會(huì)很厚，不容易進(jìn)行透射電鏡觀察，更無法獲取原子分辨水平的高分辨圖像，另外，大顆粒的荷電，將導(dǎo)致樣品在電子束作用下極其不穩(wěn)定，無法獲取高質(zhì)量的圖像；第二種方法是將大顆粒粉末進(jìn)行機(jī)械研磨，直至樣品顆粒足夠細(xì)小、足夠薄，但這種方法會(huì)導(dǎo)致樣品內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化，如內(nèi)部晶粒細(xì)化，出現(xiàn)新的亞結(jié)構(gòu)和晶體缺陷，此外，還會(huì)導(dǎo)致樣品晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變；第三種方法是采用樹脂包埋，再用超薄切片或者離子減薄進(jìn)行制樣，制樣難度較大，效率較低。因此，亟待開發(fā)一種適用于大顆粒粉末的高效的、高質(zhì)量、不破壞顆粒原始組織結(jié)構(gòu)的透射電鏡制樣方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有大顆粒粉末透射電鏡樣品制備技術(shù)的不足，提供了一種大顆粒粉末透射電鏡樣品的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)制備混合粉末：大顆粒粉末加入到含碳的導(dǎo)電粉中，并混合均勻，形成混合粉末A，其中，大顆粒粉末的體積分?jǐn)?shù)為1-20％；

(2)金相鑲樣：將混合粉末A放入金相鑲樣機(jī)，制備出高度為0.5cm，直徑為2cm的圓柱形金相樣品B，其中，鑲樣機(jī)的壓力為0.5-3MPa，加熱溫度為150～180℃，保溫時(shí)間為2～5min，冷卻時(shí)間為3min；

(3)底部研磨：將金相樣品B底部用4000-6000目砂紙磨出大顆粒粉末，研磨時(shí)間1-3min，制成初次研磨樣品C；

(4)頂部研磨：將初次研磨樣品C進(jìn)行頂部研磨，分別用400目、1000目、2000目的砂紙逐級研磨，研磨后樣品的厚度分別為95-105μm、45-55μm、25-35μm，制成研磨樣品D；

(5)樣品固定與清洗：將研磨樣品D用a&b膠粘劑粘貼到樣品托，切除樣品托以外的樣品，采用酒精清洗樣品D的表面，制成干凈樣品E；

(6)離子減?。簩⒏蓛魳悠稥放入離子減薄儀，進(jìn)行減薄，離子槍與樣品的角度為±4°～±8°，離子束能量3kev-5kev，進(jìn)氣口氬氣壓力約為0.18Mpa，減薄后樣品可用于透射電鏡觀察。

步驟(1)所述大顆粒粉末的直徑小于1000μm。

步驟(5)所述樣品托為外徑3mm，內(nèi)徑1.5mm的鉬環(huán)或銅環(huán)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)采用本方法制備的大顆粒粉末透射電鏡樣品，在一個(gè)樣品中很容易找到多個(gè)邊緣具有薄區(qū)的大顆粒，并可以實(shí)現(xiàn)原子分辨水平的高分辨像的觀察，同時(shí)又避免了樣品漂移或抖動(dòng)造成的高分辨像不清晰問題；

(2)本方法制樣周期短，操作簡單，可實(shí)施性強(qiáng)，成本低廉。

附圖說明

圖1為大顆粒粉末透射電鏡樣品的制備工藝流程圖；

圖2為實(shí)施例1中MnNiGe合金同一透射樣品中兩個(gè)大顆粒粉末透射電鏡分析結(jié)果，(a)為其中一個(gè)大顆粒的掃描透射高角度環(huán)形暗場像；(b)為該顆粒邊緣[100]晶帶軸高分辨電子顯微像及電子衍射譜；(c)為另一大顆粒的掃描透射高角度環(huán)形暗場像；(d)為該顆粒邊緣[111]晶帶軸高分辨電子顯微像及電子衍射譜；

圖3為實(shí)施例2中MnCoGe合金大顆粒粉末透射電鏡分析結(jié)果，(a)TEM明場像；(b)高分辨電子顯微像及對應(yīng)的選區(qū)電子衍射譜。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開了一種大顆粒粉末透射電鏡樣品的制備方法，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

按照圖1的制備流程，取MnNiGe合金脆性顆粒樣品與含碳的導(dǎo)電粉以體積比為1：99混合均勻，形成混合粉末；將所述混合粉末放入金相鑲樣機(jī)，控制鑲樣機(jī)的壓力為3MPa，加熱溫度為180℃，保溫時(shí)間為2min，冷卻時(shí)間為3min，，控制混合粉末的量使鑲樣樣品的高度為0.5cm，直徑為2cm，制成金相樣品；由于鑲樣過程中鑲樣粉融化致使大顆粒粉末會(huì)自然沉降到底部，所以直接對金相樣品底部用4000目砂紙磨到可看見到大顆粒粉末為止，研磨時(shí)間1min，制成初次研磨樣品；對樣品頂部采用400目、1000目和2000目砂紙進(jìn)行逐級研磨，每道砂紙研磨后樣品厚度分別約為100μm、50μm和35μm，制成研磨樣品；用a&b膠把研磨好的研磨樣品粘貼到外徑3毫米、內(nèi)徑1.5毫米的鉬環(huán)上；去除外徑上多余的樣品，同時(shí)清理表面殘留的膠狀物，制成預(yù)減薄樣品并放入離子減薄儀，進(jìn)行減薄，控制進(jìn)氣口氬氣的壓力約為0.18Mpa，參數(shù)為±8°，5kev，3h出孔，等到減出孔后，再用±6°，4kev，減薄2h，最后用±4°，3kev，減薄30min，得到帶觀測樣品。

觀察效果

圖2為MnNiGe合金脆性顆粒樣品的透射電鏡觀察結(jié)果，一方面可以證明可觀察區(qū)域足夠大，另一方面可以證明可觀察區(qū)域足夠薄，完全滿足高分辨像觀察的要求；圖2(a)為MnNiGe合金的STEM-HAADF像(掃描透射高角度環(huán)形暗場像)，僅就從(a)圖的標(biāo)尺可以量出，可觀察區(qū)域至少為2*3μm²，圖像上清晰可見板條馬氏體組織；圖2(b)為電子束沿[100]晶帶軸入射時(shí)，該區(qū)域的高分辨電子顯微像，插圖為沿[100]晶帶軸的電子衍射圖譜，電子衍射圖譜中沒有出現(xiàn)非晶衍射環(huán)，證明樣品在減薄過程中沒有被非晶污染，通過衍射斑點(diǎn)和高分辨像的分析可以獲得準(zhǔn)確的晶體結(jié)構(gòu)信息；圖2(b)的高分辨像同樣能證明樣品既薄又未被非晶污染。

圖2(c)與(d)為該樣品另外一個(gè)顆粒的透射電鏡分析結(jié)果。圖2(c)的放大倍數(shù)低于圖2(a)，能夠看到一個(gè)大顆粒粉末的完整區(qū)域，可觀察區(qū)域尺寸約為1*4μm²。圖2(d)為MnNiGe合金沿[111]晶帶軸的高分辨圖像及對應(yīng)的電子衍射譜，晶格像和電子衍射譜清晰銳利，都足以證明該顆粒邊緣區(qū)域充分滿足電鏡觀察要求，并可以獲得高質(zhì)量圖像。

實(shí)施例2

按照圖1的制備流程，取MnCoGe合金大顆粒樣品與含碳的導(dǎo)電粉以體積比為1：4混合均勻，形成混合粉末；將所述混合粉末放入金相鑲樣機(jī)，控制鑲樣機(jī)的壓力為0.5MPa，加熱溫度為150℃，保溫時(shí)間為5min，冷卻時(shí)間為3min，控制混合粉末的量使鑲樣樣品的高度約為0.5cm，直徑為2cm，制成金相樣品；由于鑲樣過程中鑲樣粉融化致使大顆粒粉末會(huì)自然沉降到底部，所以直接對金相樣品底部用6000目砂紙磨到可看見到大顆粒粉末為止，研磨時(shí)間3min，制成初次打磨樣品；對樣品C頂部采用400目、1000目和2000目砂紙進(jìn)行逐級研磨，每道砂紙研磨后樣品厚度分別約為100μm、50μm和25μm，制成研磨樣品；用a&b膠把研磨好的研磨樣品粘貼到外徑3毫米、內(nèi)徑1.5毫米的銅環(huán)上去除外徑上多余的樣品，同時(shí)清理表面殘留的膠狀物，制成預(yù)減薄樣品并放進(jìn)離子減薄機(jī)，進(jìn)行減薄，控制進(jìn)氣口氬氣壓力約為0.18Mpa，參數(shù)為±8°，5kev，3h出孔，等到減出孔后，再用±6°，4kev，減薄2h，最后用±4°，3kev，減薄30min，得到帶觀測樣品。

觀察效果

圖3為MnCoGe合金大顆粒樣品的透射電鏡觀察結(jié)果，一方面可以證明可觀察區(qū)域足夠大，另一方面可以證明可觀察區(qū)域足夠薄，完全滿足高分辨像觀察的要求。圖3(a)為MnCoGe合金的TEM明場像，可以看到顆粒邊緣可供觀察的薄區(qū)面積大。圖3(b)顆粒邊緣區(qū)域的高分辨電子顯微像，插圖為對應(yīng)的選區(qū)電子衍射譜。