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透射電子顯微鏡（TEM）

一、成像原理

作為電子顯微鏡的另一大類，透射電鏡的總體工作原理與掃描電鏡有著顯著差別。在透射電鏡中，由電子槍發(fā)射出的電子束初束同樣通過聚光鏡匯聚成極細的電子束照射在極薄的樣品上。與掃描電鏡不同的是，透射電鏡通過穿過樣品的電子，即透射電子，來反映樣品在二維平面內(nèi)的形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖1。由于電子的穿透能力較弱，樣品的厚度、導(dǎo)電性、磁性和分散性等特征對測試結(jié)果的好壞起到直接的影響。因此，相比于掃描電鏡樣品的制備，透射電鏡的制樣更加復(fù)雜和精細，樣品一般厚度控制在100~200nm，對于不同的水凝膠材料應(yīng)當根據(jù)其特性并采用合適的制樣方法。

圖1 透射電鏡圖

二、試驗步驟

1、樣品干燥

透射電子顯微鏡的正常使用需要高真空的工作環(huán)境，特別是其電子槍部分甚至需要達到10^-10 mbar左右的真空度。樣品中如有水分會造成設(shè)備抽真空困難；水蒸氣遇高能電子束被電離，電子束能量分散，從而增大色差，導(dǎo)致樣品成像分辨率降低；水蒸氣還會加速電子槍陰極材料的揮發(fā)，降低燈絲的使用壽命；在真空環(huán)境下，大部分含水樣品的的表面容易發(fā)生變形，因此，需要對樣品提前進行干燥處理。

制備水凝膠樣品時應(yīng)避免引入無機鹽等小分子，以免影響試驗結(jié)果，如有，可用純水浸泡去除。將水凝膠樣品置于室溫下放置過夜，再使用真空干燥箱抽干。

2、樣品切片

干燥樣品經(jīng)-70℃冷凍后，使用冷凍超薄切片機，配合金剛石刀制備100 nm厚度切片，避免室溫切片導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)形變。如果樣品強度低，可使用包埋處理。常用的包埋劑有OCT（聚乙二醇和聚乙烯醇的水溶性混合物）、石蠟、環(huán)氧樹脂。

3、溶液樣品處理

微凝膠、納米顆粒等樣品可在干燥后分散在無水乙醇溶液中，分散液經(jīng)超聲處理后滴至銅網(wǎng)，自然晾干。如有需要，可采用負染色技術(shù)（如2%磷鎢酸），通過高電子密度的金屬染液襯托出樣品形貌，該法適用于觀測納米級顆粒的形貌與分布。