一种提高纳米粒子扫描电子显微镜-能谱面分布空间分辨力的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高纳米粒子扫描电子显微镜‑能谱面分布空间分辨力的方法，包括以下步骤：(1)在覆盖有支持膜的载网上通过湿法超声分散制备纳米粒子单层样品；(2)利用高度可调节支架将载有纳米粒子单层样品的载网架空固定在样品台上；(3)在扫描电镜下选取薄层样品的单层区域，进行能谱测试。本发明专利技术的方法一方面制得纳米粒子的薄层样品，另一方面通过导电胶架空薄层样品，入射电子束穿过纳米粒子的薄层样品后，就以透射电子的形式进入到无物质的空间，以减少基底材料特征X射线的干扰，大幅度提高能谱的空间分辨率。

A Method for Improving the Spatial Resolution of Scanning Electron Microscope-Energy Spectrum Surface Distribution of Nanoparticles

The invention discloses a method for improving the spatial resolution of nanoparticle scanning electron microscopy (SEM) energy spectrum surface distribution, which includes the following steps: (1) preparing nanoparticle monolayer samples by wet ultrasonic dispersion on the carrier network covered with supporting film; (2) fixing the carrier network containing nanoparticle monolayer samples on the sample platform with highly adjustable support; (3) selecting under scanning electron microscopy (SEM). The single layer region of the thin layer sample was taken for energy spectrum testing. On the one hand, the method of the present invention produces thin-layer samples of nanoparticles, on the other hand, through conductive rubber overhead thin-layer samples, the incident electron beam passes through the thin-layer samples of nanoparticles, and then enters the immaterial space in the form of transmission electron, so as to reduce the interference of characteristic X-ray of the substrate material and greatly improve the spatial resolution of the energy spectrum.

【技术实现步骤摘要】
一种提高纳米粒子扫描电子显微镜-能谱面分布空间分辨力的方法
本专利技术涉及材料产品电镜测试
，尤其涉及一种提高纳米粒子扫描电子显微镜-能谱面分布空间分辨力的方法。
技术介绍
扫描电子显微镜-能谱(SEM-EDS)联用技术在分析测试领域已得到广泛应用，可对材料和生物样品的微观表面进行形貌观察，对所选定的微区内元素成分和分布进行定量或定性分析。利用SEM-EDS进行表面形貌观察和微区成份分析是纳米材料领域最常用的手段之一，随着材料科学的发展，纳米材料的结构分析也逐渐多样化和精细化，例如：对具有核壳结构的或多种金属掺杂的样品进行单层分散后能谱线扫或面扫，以确定样品的结构和元素的分布。常规SEM-EDS制样方法是先在样品台上均匀粘一小块导电胶带，将样品附着在导电胶带上，并轻敲样品台，使样品颗粒与导电胶粘紧，最后吹扫掉粘结不牢固的样品粉末。该方法适用于微米级的材料颗粒，但不适用于纳米粒子材料，因为纳米粒子具有较大的吉布斯自由能，粒子之间容易团聚，会严重影响观测结果。利用扫描电镜对其选定的区域进行能谱分析时，入射电子在接触到样品后，在弹性散射和非弹性散射的共同作用下使电子原先的运动轨迹发生变化，产生呈梨形分布的相互作用区。在相互作用区内会产生各种信号，相互作用区越小，能谱的空间分辨率越高；反之，相互作用区越大，能谱的空间分辨率越低。因此，在观测团聚严重的纳米粒子材料时，在其SEM图上很难找到纳米粒子单层平铺区域，只能对样品做区域能谱扫描，对整堆团聚的粒子进行定性定量检测，得到的是其平均值，失去线扫和面扫测试的意义。这是因为需要激发出元素特征X射线的入射电子束能量高，而纳米颗粒层很薄，入射电子束穿透顶层样品后在其下方产生了很大的相互作用体积，导致所激发出的特征X射线出射深度增加、背底干扰增强。收集到的信号除了被测元素的特征X射线外，还包括叠加样品特征X射线以及基底材料(导电胶带、硅片、铝箔等)特征X射线的干扰，导致能谱空间分辨率下降，从而影响元素成分分析的准确性。有文献(一种提高扫描电子显微镜-能谱空间分辨率的方法，黎爽等，《电子显微学报》，2015年6月第34卷第3期)公开了一种应用薄片法原理研制的新装置，将纳米厚度的样品分散在装置的碳膜上，进行能谱分析，以提高能谱空间分辨率，较以往常规实验，其空间分辨率提高了2～4倍。虽然该方法提高了能谱的空间分辨率，但需要对碳棒进行打孔(孔直径为50～60μm，孔深度约为27μm)，还需要对碳棒覆2～3nm厚度的碳膜，碳棒上的碳膜和打孔碳棒的制备方法精细且复杂；碳棒高度为10mm，对于场发射扫描电镜相对较小的样品室来说，增加了高度调节的难度；打孔碳棒上的孔大小及深度一次成型，不能随加速电压和纳米粒子大小不同的测试需求而改变；打孔碳棒的使用，会影响含碳元素样品的能谱数据准确性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种提高纳米粒子扫描电子显微镜-能谱面分布空间分辨力的方法，可提高纳米粒子的能谱面分布空间分辨力。本专利技术提供的技术方案如下：一种提高纳米粒子扫描电子显微镜-能谱面分布空间分辨力的方法，包括以下步骤：(1)在覆盖有支持膜的载网上通过湿法超声分散制备纳米粒子单层样品；(2)利用高度可调节支架将载有纳米粒子单层样品的载网架空固定在样品台上；(3)在扫描电镜下选取薄层样品的单层区域，进行能谱测试。本专利技术的方法选用覆盖有支持膜的载网代替传统的导电胶，采用湿法超声分散制备纳米粒子单层样品可获得纳米粒子呈单层分布的样品；再设计可固定载网的高度可调节支架将所述载网架空固定在样品台上。该方法可大大提高纳米粒子扫描电子显微镜-能谱面分布空间分辨力。优选的，所述载网的材质为铜、镍、金、铂、铝、钼或钯。可根据样品所含元素选择载网材质，如要测定样品中的铜元素，会因铜网背底影响样品的检测，可选择除铜网外其他材质的载网。载网是直径为3mm、厚度为0.01～0.03mm的圆片，载网上分布有微米级大小的网孔；网孔为圆孔、六角孔、方孔或长方孔；网孔密度规格为400～80目。可根据待测纳米粒子的大小选择网孔密度规格，测试尺寸大的纳米粒子时选择目数小的规格，测试尺寸小的纳米粒子时选择目数大的规格。载网上覆盖的支持膜为有机膜、碳膜或氮化硅膜。纳米粒子接触载网支持膜时，由于表面张力，纳米粒子会牢固的吸附在支持膜上，在高真空环境中处于稳定状态。进一步的，有机膜的化学成分是聚乙烯醇缩甲醛。有机膜弹性好，厚度通常为10nm左右，易电荷积累，喷金后导电效果良好。碳膜的材质为无定型碳。碳膜有较强的导电性和导热性，适合大多数纳米材料形貌观察和能谱测试。氮化硅膜耐酸耐高温，且无碳影响，特别适合碳元素的能谱分析。优选的，所述支持膜的厚度为0.5～100nm。支持膜越薄，电子束穿透性好，支持膜越厚，承载力好，可根据样品的特征选择合适厚度的支持膜。纳米粒子的分散好坏是决定能谱面分布测量结果好差的重要因素。纳米粒子的表面活性很大，常常是以相互粘附的二次粒子状态存在，若采用传统的扫描电镜制样方法，纳米粒子团聚堆积严重，使得入射电子与样品间相互作用体积大，激发出的特征X射线的范围广，能谱分辨率较低，因此制备纳米粒子的单层样品是提高能谱的空间分辨力的关键步骤之一。优选的，步骤(1)中，在载网上制备纳米粒子单层样品的方法包括以下步骤：(1-1)将纳米粒子与分散剂混合；(1-2)将纳米粒子分散液超声1～20min；(1-3)超声过程中移取纳米粒子分散液滴加在载网上，干燥后得到纳米粒子的单层样品。采用湿法超声分散可以制得纳米粒子呈单层排列的薄样品，降低电子束与多层纳米粒子间的相互作用，以提高纳米粒子样品面分布和线扫描的分辨力。所述的分散剂可以为超纯水、乙醇或己烷等有机溶剂；所选用的分散剂需要不能溶解纳米粒子，并且不会对支持膜产生影响。为了使纳米粒子分散为单层结构，不能让纳米粒子互相层叠堆积，因此，样品的浓度十分关键。优选的，所述的纳米粒子分散液中，纳米粒子的质量浓度为1wt％～3wt％。实验结果表明，在该浓度范围内，纳米粒子间呈单层分布，没有层叠和堆积现象产生。超声频率过大或超声时间过长，会造成纳米粒子团聚，而超声频率过小或超声时间过短时，纳米粒子分散不充分。优选的，步骤(1-2)中，超声频率为40KHz；超声时间为5～15min。常规的能激发出大多数元素的特征X射线的加速电压为15kV、发射电流为10μA，在这样的条件下，根据样品元素原子序数的大小，X射线作用范围在微米数量级，远远超过单层纳米粒子的厚度，电子束将会透过样品与基底作用，增加X射线的激发范围，产生基底的特征X射线，影响能谱的分辨力。为降低X射线的激发范围，需要架空单层样品，使入射电子束穿过纳米粒子的单层样品后，就以透射电子的形式进入到无物质的空间，以减少基底材料特征X射线的干扰，大幅度提高能谱的空间分辨力。本专利技术通过高度可调节支架架空支撑所述载网，将负载有单层纳米粒子样品的载网架空固定在样品台上。所述的高度可调节支架为导电胶、铝条和/或铜条。在样品台上间隔粘贴导电胶，再将负载有单层样品的载网粘贴在导电胶上，样品固定方便，并且可通过导电胶的粘贴层数或增添铝条、铜条等来调节载网的架空高度。优选的，步骤(2)中，所述载网的架空高度为0.5～6mm。支持膜上的薄层样品距离样品台0.5～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高纳米粒子扫描电子显微镜‑能谱面分布空间分辨力的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在覆盖有支持膜的载网上通过湿法超声分散制备纳米粒子单层样品；(2)利用高度可调节支架将载有纳米粒子单层样品的载网架空固定在样品台上；(3)在扫描电镜下选取薄层样品的单层区域，进行能谱测试。

【技术特征摘要】
1.一种提高纳米粒子扫描电子显微镜-能谱面分布空间分辨力的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在覆盖有支持膜的载网上通过湿法超声分散制备纳米粒子单层样品；(2)利用高度可调节支架将载有纳米粒子单层样品的载网架空固定在样品台上；(3)在扫描电镜下选取薄层样品的单层区域，进行能谱测试。2.根据权利要求1所述的提高纳米粒子扫描电子显微镜-能谱面分布空间分辨力的方法，其特征在于，所述载网的材质为铜、镍、金、铂、铝、钼或钯。3.根据权利要求1所述的提高纳米粒子扫描电子显微镜-能谱面分布空间分辨力的方法，其特征在于，所述支持膜为有机膜、碳膜或氮化硅膜。4.根据权利要求3所述的提高纳米粒子扫描电子显微镜-能谱面分布空间分辨力的方法，其特征在于，所述支持膜的厚度为0.5～100nm。5.根据权利要求1所述的提高纳米粒子扫描电子显微镜-能谱面分布空间分辨力的方法，其特征在于，步骤(1)中，在载网上制备纳米粒子单层样品的方法包括以下步骤：(1-1)将纳米粒子与分散剂混合；(1-2)将纳米粒子分...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈芳，裘雅渔，丁晓坤，何巧红，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33