透射电镜培训材料

时间:2016-05-19 添加:muxiaolong 点击:
透射电镜培训材料(试行)
  • 培训安排:
  1. 时间:每年的研究生开学一直到第一学期结束,第一学期结束时进行问答考核和操作考核;第二学期为试操作,由经验丰富的操作人员(各个课题组的高年级研究生等)指导下进行操作;试操作未出现任何问题,再独立进行上机操作,合格后发放门禁卡。具体的培训时间为每周三的全天,分批培训。
  2. 培训人员:仪器工程师,仪器管理人员和有操作经验的高年级研究生负责全程培训。参加培训的人员为需要用到该台仪器的课题组一年级研究生或课题组负责人,每个课题组最多一名学生,也可几个课题组一个学生。
  3. 培训要求:每个参加培训的学生不能无故缺席任何一节课程。参加培训的学生详细记录培训人员的讲解内容,勤于思考,勤于练习,认真听讲,积极提问。配合仪器管理人员的管理和培训工作。
  4. 考核办法:培训人员采取淘汰制考核,无故缺席课程和不参加考核的视为不合格;在考核时出现重大操作失误视为不合格;在考核中仪器管理人员提问仪器相关问题,回答错误或者回答不上来,根据操作情况视为待定,操作不熟练视为不合格,操作熟练原则上可以通过。在学习期间和试操作期间不服从大型仪器中心管理视为不合格,学习和试操作期间人为造成仪器故障视为不合格。其他情况被仪器管理人员视为不合格。
  • 预约办法
在正式培训结束以后,所有培训合格的人员有义务帮助自己方向相近的课题组测试样品,预约由需要测试的同学进行。
  1. 自2014年11月份起,透射电镜安排每一个礼拜预约一次,预约时间和扫描电镜一致(周五中午)。预约测试时间是接下来一个礼拜的工作日和周末。
  2. 测试时间为周一至周日,周三下午(调试维护仪器)不能预约。预约时间段按照每小时,最少一个小时,最多三个小时,即上午8:30-9:30,9:30-10:30;10:30-11:30;中午12:00-13:00。下午13:00-14:00,14:00-15:00,15:00-16:00,16:00-17:00。
  3. 每个课题组原则上每一个礼拜只能预约一次,如果出现一次性未预约满所有时间段,可以预约第二次,所以请大家随时关注未预约时间段的安排。原则上仪器只开放白天的上班时间,晚上不开放。
  4. 按照以前测试经验,一个小时内拍低分辨照片最多3个样品,高分辨和电子衍射最多1-2个(视样品的测试难度而定)。如果样品制备不理想,需要花大量时间寻找理想测试位置,测试样品数理论上会更少。请大家根据预约机时和自己的样品安排测试的样品个数。
  5. 由于自己的制样水平或者样品的测试难度造成样品未按照计划测试完成,请大家带回去在下次的预约时间段完成。原则上不安排插样。
  6. 预约完成后即算测试时间,如果因为各种原因造成不能按预约时间前来进行测试的,请提前至少两天通知操作人员将预约时间另作安排。如果未按照预约时间前来测试,又没有提前通知操作人员,造成的资源浪费由预约人所在课题组承担,即按预约时间记录测试机时和费用。如出现预约三次未测试,一年内不得再进行预约。
  7. 预约时间内所测试占用的机时和费用全部记录在预约人所在的课题组,所以请不要带别人插样,因为操作人员无法分清样品属于哪个课题组。
  8. 如果一次性未预约满所有时间段,在下次预约时间(周五中午)未到之前,仍然可以预约未安排时间段。
  9. 因为仪器故障或者其他工作安排未完成预约的测试,原则上测试人员尽快安排其他时间段完成,如果出现仪器长时间故障,在故障未解决前只能预约一个礼拜。
三.制样方法
粉末样品的制备有两点一定要注意, ① 要克服粉末的团聚。由于纳米材料表面效应大、吸附能力强, 极易团聚, 通常所用的粉末制样方法不能将颗粒分散开, 对于纳米粉末, 干撒于载网上, 观察到的多是团聚块, 很难分辨出粒子的大小与形状, 而且易滑落污染镜筒。透射电镜粉末样品的制备质量, 直接影响到观察效果与分析结果, 必须要求粉末分散均匀, 以方便计算和测量。因此克服团聚, 使颗粒分散于载网上是对纳米材料进行TEM 分析至关重要的一步; ② 要选择合适的支持膜。对于粉末样品, 由于被观察的纳米颗粒不可能直接用铜网承载置于电镜中进行观察, 因此, 需要在铜网上预先粘附一层连续的、厚度约20nm 的支持膜, 用滴管将含有纳米粉粒的悬浮液滴在这种粘附有支持膜的铜网上, 静置干燥后供观察使用。支持膜要有一定的强度, 以便保证有充分时间观察与照相, 因此找到质量较高的支持膜也是得到好的透射电镜检测样品的关键。
1、分散剂法:一般选择溶剂作分散剂使颗粒分散成悬浊液,再滴于载网膜上。由于不同材料的表面性质不同,所用分散剂亦应不同。对分散剂的要求: ① 能与待分析材料相互浸润而不溶解, 且不溶解铜网上的支持膜; ② 分散剂有良好的挥发性, 且在滤纸上有适当的扩散速度, 挥发性能好, 能确保纳米粒子团聚前即粘附于铜网上。纳米颗粒随分散剂的扩散而分散开来, 若扩散速度太快颗粒大多流失, 不便观察, 反之, 则颗粒聚集, 也达不到观察目的。
2、超声波法:将纳米材料加入分散剂后, 用手摇动或搅拌, 很难破坏颗粒间的作用力, 因此采用超声波进行超声处理, 多次实验比较, 时间一般为10min 左右较好。对于一些重金属材料或表面能较大的材料, 超声波一停, 立即会出现沉淀或团聚现象, 取出的样品与吸管吸取位置有关, 重复性差, 不足以反映样品的真实状态。因此, 必须在超声波振荡器中迅速于溶液中间位置取样, 确保分析结果具有代表性。
3、表面活性剂法:使用表面活性剂来克服表面能, 防止团聚。方法是将加有少量表面活性剂的分散剂与纳米材料充分混合, 使颗粒均匀地分散形成悬浊液。由于颗粒表面吸附有近于单分子层的表面活性剂, 滴于载网上干燥后, 不易团聚。常用的表面活性剂有亚甲基二萘磺酸钠( HNO) 、油酸钠和焦磷酸钠等。
4、直接分散法:一些尺寸< 10nm 的特细纳米材料, 即便采用上述三种方法有时仍达不到理想的分散效果, 可将粉末直接加入制备支持膜用的聚乙稀醇缩甲醛溶液中, 并使其充分分散, 象通常制备支持膜那样制膜和捞膜于铜网上。该方法只能用于粒径极小且比重也较轻的纳米材料。
5、支持膜、微栅与超薄碳膜的区别:大多数透射电镜样品在制样时,为了确保样品能搭载在“载网”上,会在“载网”上覆一层有机膜,称为“支持膜”。这种具有支持膜的载网,称为“载网支持膜”。当样品接触载网支持膜时,会很牢固的吸附在支持膜上,不至于从载网的孔洞处滑落,以便在电镜上观察。 当样品放在电镜中观察时,“载网支持膜”在电子束照射下,会产生电荷积累,引起样品放电,从而发生样品漂移、跳动、支持膜破裂等情况。所以,人们考虑在支持膜上喷碳,提高支持膜的导电性,达到良好的观察效果。这种经过“喷碳的载网支持膜”,简称“碳支持膜”,一般膜厚度为7-10nm。从制作成本和使用效果看,铜网最经济实用,所以被普遍采用。因此,人们经常提到的“铜网支持膜”、“碳支持膜”、“碳膜”、“方华膜”等,甚至被误称的“铜网”,大多是指这种具有“铜网喷碳的支持膜”。通常称“碳支持膜”。
准确的说,微栅是支持膜的一个品种,它是在制作支持膜时,特意在膜上制作的微孔,所以也叫“微栅支持膜”,它也是经过喷碳的支持膜,一般膜厚度为15-20nm。它主要是为了能够使样品搭载在支持膜微孔的边缘,以便使样品“无膜”观察。无膜的目的主要是为了提高图像衬度,所以,观察管状、棒状、纳米团聚物等,常用“微栅”支持膜,效果很好。特别是观察这些样品的高分辨像时,更是最佳的选择。
超薄碳膜,也是支持膜的一种。它是在微栅的基础上,叠加了一层很薄的碳膜,一般为3-5nm。这层超薄碳膜的目的,是用薄碳膜把微孔挡住。这主要是针对那些分散性很好的纳米材料,如:10nm以下的样品,分散性极好,如果用微栅就有可能从微孔中漏出,如果在微栅孔边缘,由于膜厚可能会影响观察。所以,用超薄碳膜,就会得到很好的效果。
6、制样操作:将分散的样品溶液滴在铜网的正面(有光泽的一面;一盒新铜网,面朝盒子字母A,B,C…的是正面),浓度控制在溶液能看到淡淡的样品颜色,等待干燥即可。
四、仪器操作规程
  1. 利用液氮装满冷阱,等待15分钟,检查仪器各项指标。
  1. 各级真空度。Vacuum overview为浅蓝色,V7 和V4 阀门关闭;Gun(IGP2)为16或者17,高温时为20左右,Column(IGP1)有样品杆时为20左右,无样品杆时为6; Camera (P3) <30.             
  2. 检查高压。正常情况下高压为200Kv,High Tension 为黄色。灰色说明高压已经关闭,如高压按键为黄色,但是高压在其他数值,逐级将高压升到200Kv,等待15分钟。
  3. CCD camera控制器的绿灯亮,证明开关处在On的状态。
  4. 检查放大倍数在1万倍以下,如不在务必调低放大倍数。
  1. 装载样品铜网。利用金属针将样品杆前端的弹簧压片挑起来,在台灯下再次确认样品的正反面,有样品的面朝下放进样品杆的凹槽,放下弹簧压片。拿住样品杆在手中敲动几下,确定铜网已经被弹簧压片压紧,没有任何的位移。

  1. 将样品杆插入样品台中,分两步。进样前必须确认样品台回到原始位置,XYZ和AB都是0左右。如果不在,点击Stage 窗口中的Holder。不准在样品台不在原始位置下进出样品杆。
  1. 第一步将样品杆上突起柱对着样品台的close线,插入预抽部分,此时机械泵开始工作,样品台红灯亮,Vacuum overview 中的process information中出现倒计时2分钟。点击对话框中选择样品杆类别,single tilt或者double tilt, 点击回车。

 
 Error     Warning     Information
  1. 第二步等待机械泵停止工作,倒计时结束,样品台红灯熄灭,将样品杆向左旋转半圈,放进样品台,敲击样品杆顶端消除应力。样品台红灯亮时不准进行任何操作。
  1. 点亮灯丝。点击Filament,由灰色变黄色。Status 出现倒计时,Heat to 和Emission 的数值上升,表现为蓝色线逐渐变长。倒计时结束后,Heat to 稳定在事先输入的数值,如图中的30. 等待15分钟才能进行测试。
  2. 开始测试。关闭一切室内照明灯,点击Col. Valves Closed 由黄色变灰色,Status 由红色变成Ready。Vacuum overview 中的V7和V4阀门打开。
  3. 找到电子束的光斑和样品。在暗室荧光屏下将电镜倍数降低,利用控制面板(左)intensity找到光斑,利用控制面板(左)上轨迹球将光斑移至中间;用控制样品台的摇杆找到样品,将准备拍摄区域放在荧光屏的圆圈内,有样品区域通常表现为黑色。
  4. 调节样品清晰度。在荧光屏下利用intensity将光斑聚起来,点击控制面板上(右) Eucentric focus,然后点击Z axis 上下两个按钮将光斑周围的光晕聚起来。再次找到拍摄样品区域,调节到能看清样品的倍数,旋转Focus进行聚焦至清晰状态。如果聚焦速度很慢,调节Focus 旋钮的下半部,将Focus step 调大,然后再次聚焦到样品清晰状态;如果拍摄位置不在荧光屏的中心,可以通过image shift XY(Multifunctional XY,分别在左右控制面板上)小范围移动拍摄位置。
  5. 拍摄高质量照片。确定拍摄位置在荧光屏的中心位置后,利用intensity将光斑散开,至少铺满整个荧光屏,并且随时注意光斑是否在中心位置。点击控制面板(右)R1或者利用暗室后的机械按钮抬起荧光屏。在CCD/TV camera窗口中点击search,待在电脑上能看到拍摄位置后再次进行聚焦到最清晰状态;然后点击preview,聚焦到 更清晰,最后点击acquire,拍摄照片。整个过程中可以点击TIA窗口右面“F”,将拍摄位置的FFT图像显示出来以帮助分辨照片是否清晰,清晰状态时FFT图像中光斑较大较圆;如果出现椭圆,应该点击Stigmator 中的Objective,利用Multifunctional XY慢慢地将FFT的光斑调圆,消除物镜象散,调好后务必点击None退出消象散。
  6. 从样品台拔出样品杆。拔出样品杆之前,点击Col. Valves Closed由灰色变成黄色,点击Stage 窗口中的Holder,放大倍数回到1万倍以下。再次确认Vacuum overview中V7 和V4 阀门关闭,样品台回到原始位置,XYZ和AB都是0左右;CCD/TV camera中的search,preview和acquire都是灰色,荧光屏是处在放下的位置。待确认所有操作结束后,用力将样品杆拔出到预抽部分,然后向右旋转半圈,用力拔出样品杆。在拔样品杆的时候,一只手用力地顶住样品台,防止真空被破坏。样品杆位置归零,这一步很重要,不归零拔样品可能导致设备损坏。
  7. 从样品杆上卸下铜网。拔出样品杆后,将样品杆架在样品杆架上,利用金属针挑起样品杆的弹簧压片,将铜网倒进铜网回收处。放下弹簧压片,样品杆放进真空干燥箱中。
  8. 测试结束后的操作。每天最后一个结束测试的人员在测试结束后将冷阱中的液氮倒回液氮桶,并且务必点击set up中Vacuum窗口里的Cryo Cycle,使其变成黄色,同时Vacuum中的Status为红色的COL. COND。
  • 数据处理
  1. 保存照片。将电镜控制软件(user interface)最小化,CCD camera 软件(TIA)自动弹出,点击File 中的Save as,输入照片编号,保存原始数据。鼠标右键点击照片时出现下拉菜单,点击export date, 输入照片编号,其保存格式为下拉菜单第二个,scale makers, 即带有标尺的tif格式的照片。
  2. 删除照片。在照片上点击鼠标右键,点击下拉菜单中的delete即为删除当前照片。
  3. 恢复照片。为了观察局部区域放大照片后,需要点击鼠标右键下拉菜单中Auto scales,才能恢复到正常大小。如果不慎将照片删除,可以打开文件夹中的原始数据(emi 格式)再次进行export date。
  4. 拷贝照片。在所有样品测试结束之后,把所有照片移进一个新的新建文件夹,原始数据(emi 格式)无需拷走,因为只有专业软件才能打开emi 格式。在旁边电脑上run里输入192.168.1.1,打开guest文件夹,找到自己所在课题组,将照片文件夹拷贝到D盘,拷贝结束后,点击窗口左边的“Write these files to CD”,弹出对话框点击OK,等待CD自己弹出即可。
六.注意事项
1.高分辨透射和选区电子衍射的测试需要操作人员亲自进行,原则上培训内容不包括此两项操作。
2.使用仪器提前预约,一般安排在白天正常上班时间。如果白天时间紧张或使用者有要求,也可安排在晚上或周末。
3.每个课题组发一张门禁卡,导师为门禁卡的责任人,实现刷卡进实验室。中心全程配有视频监控,注意行为举止和规范操作;门禁卡是各个课题组进入大仪中心的凭证,不得外借,如发现有人私自将门禁卡借给未培训或者培训不合格的人员上机,将没收该门禁卡,以后不得使用;借用门禁卡期间出现的责任事故由门禁卡持有者承担;门禁卡丢失请及时挂失,不及时挂失导致大仪中心东西丢失或仪器损坏的,由持卡课题组照价赔偿。
4.未培训或培训不合格的人员不得独立上机操作,一经发现,学院通报批评;造成仪器故障,课题组承担维修费用。
5.上机人员违规操作,一经发现,取消操作资格,造成仪器故障,课题组承担维修费用;上机人员误操作造成仪器出现故障,课题组承担故障维修以及更换配件费用;正常使用出现故障由学院负责。
6. 上机人员在使用前确认仪器是否正常,如果出现故障应第一时间报告管理人员,不得擅自排除故障,擅自排除故障出现更大的损失产生的费用参照第五条。如果在使用过程中仪器出现故障也应该立即报告管理人员,如果出现故障后未立即报告管理人员而出现更大的损失,由上机人员所在的课题组全额承担。
7. 严格仪器操作登记制度,每次测试结束后,在测试记录本上及时详细记录,包括仪器使用状态、样品测试个数或测试时间等。若发现弄虚作假,一经查实,按照双倍收费,并在学院内通报批评。
8. 进入仪器室的人员应该维护室内环境,包括仪器室的湿度,温度和卫生。
明确上机操作人员的责任与要求,主要目的是希望上机学生认真、规范操作,保持仪器能良好地运转,更好地为广大师生服务,希望各位导师能够充分理解,并严格要求学生按章办事,