CN110186738B - 一种片状粉末断面样品的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种片状粉末的断面样品的制备方法，包括：将导电胶液滴加在基片表面；将片状粉末分散在导电胶液中；将导电胶液进行干燥，得到第一胶块；将基片垂直竖立于平整的平台上，将第一胶块设置于基片底部；将导电胶液滴加在第一胶块上，待导电胶液与第一胶块融合后进行干燥，得到第二胶块；采用离子抛光对第二胶块的下表面进行抛光，得到片状粉末的断面样品。本发明提供的方法制备得到的断面样品中大部分二维片状粉末都能够垂直于离子束切割的方向，在后期的观察中有大量的符合要求的可观察区域；另外本发明采用导电胶液进行制样，样品具有较好的导电性，有利于后期的高倍观察。

Description

一种片状粉末断面样品的制备方法

技术领域

本发明涉及粉末样品技术领域，尤其涉及一种片状粉末断面样品的制备方法。

背景技术

一般来说，观察样品的表面形貌并不能给出完整的样品形貌信息，尤其是对于一些层状材料、多孔材料等特殊样品。断面呈现出的各层厚度、层间界面、孔隙形貌和尺寸等信息也显得尤为重要。当样品的尺寸达到足够大时，制备样品的断面显得比较简单，用传统的机械切割、研磨或者镶嵌加抛光基本上就能得到一个断面样品。但是当样品尺寸太小，小到肉眼甚至不能清晰的分辨表面和侧面，手不能将其竖立，这种小尺寸样品根本无法用传统的切割或者镶嵌方法制备得到断面样品。离子抛光技术可以用来抛光这种小尺寸的样品，但是对于片状粉末的断面制备来说，重要的一步是要将片状粉末的侧面竖立起来，这样才能有针对性的抛光出它的断面，否则很可能抛出来的仍然是表面。由于片状粉末的特殊性，它自动竖立的概率非常小(可以想象把一张纸竖立起来的难度)。在制样过程中，由于空气阻力的作用，片状材料自动洒落在镶嵌料中也是平铺状态(可以想象树叶落在水面，飘下来都是平铺状态)。

对于长度和宽度为1μm到1mm之间，厚度为10nm到10μm之间的片状粉末断面的扫描电镜、扫描探针等进行观察测试的主要障碍是制样。如何能够获得质量良好的片状粉末断面样品，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种片状粉末断面样品的制备方法，本发明提供的方法能够获得质量良好的片状粉末断面样品。

本发明提供了一种片状粉末断面样品的制备方法，包括：

将导电胶液滴加在基片表面；

将片状粉末分散在导电胶液中；

将导电胶液进行干燥，得到第一胶块；

将基片垂直竖立于平整的平台上，将第一胶块设置于基片底部；

将导电胶液滴加在第一胶块上，待导电胶液与第一胶块融合后进行干燥，得到第二胶块；

采用离子抛光对第二胶块的下表面进行抛光，得到片状粉末的断面样品。

在本发明中，所述片状粉末的径向与轴向比较大，所述片状粉末的长度优选为1～1000微米，更优选为10～900微米，更优选为50～800微米，更优选为100～700微米，更优选为200～600微米，更优选为300～500微米，最优选为350～450微米；所述片状粉末的宽度优选为1～1000微米，更优选为10～900微米，更优选为50～800微米，更优选为100～700微米，更优选为200～600微米，更优选为300～500微米，最优选为350～450微米；所述片状粉末的厚度优选为10～10000nm，更优选为50～9000nm，更优选为100～8000nm，更优选为500～7000nm，更优选为1000～6000nm，更优选为2000～5000nm，最优选为3500～4500nm。

在本发明中，所述片状粉末的长度优选为10～100微米，所述片状粉末的宽度优选为10～100微米；所述片状粉末的厚度优选为10～100纳米。

在本发明中，所述导电胶液为液态导电物质，优选为银导电胶液或碳导电胶液。在本发明中，所述碳导电胶液优选为502碳导电胶液，可由市场购买获得。

在本发明中，所述基片优选为平整的基片，所述基片需要化学稳定，即不会被导电胶液中的有机溶剂溶解，所述基片优选为硅片。

在本发明中，优选采用牙签挑起部分片状粉末将其分散在导电胶液中，由于片状粉末为二维片状结构，大部分片状粉末将平铺于导电胶液的液滴中。

在本发明中，将导电胶液干燥的方法优选为采用红外灯进行烘烤或在烘箱中进行干燥。

在本发明中，将基片垂直竖立于平整的平台后，之前平铺于导电胶液中的片状粉末也处于垂直竖立状态。

在本发明中，优选采用牙签将第一胶块推至垂直竖立的基片的底部。在本发明中，离子抛光过程中，需要对平整的平面进行抛光，因此需要保持基片底部和第一胶块的底部边缘在同一水平线上。

在本发明中，滴加到第一胶块上的导电胶液中的有机溶剂会与第一胶块融合，然后进行干燥，得到第二胶块。在本发明中，由于将基片垂直竖立于平整的平台上，导电胶液将第一胶块部分熔化后，第一胶块熔化的部分流向于平整的平台，由于平整的平台能够提供平面，使干燥后形成的第二胶块的底面为一个平整的平面，也就是说，本发明提供的方法使垂直于粉末样品的断面形成一个平整的平面，从而有利于离子对断面进行抛光。在本发明中，所述干燥的方法与上述技术方案所述的干燥的方法一致，在此不再赘述。

在本发明中，得到第二胶块后优选还包括：

将基片在垂直平面内旋转180°，使第二胶块位于基片顶部；

采用离子抛光对第二胶块的上表面进行抛光，得到片状粉末断面样品。

在本发明中，将基片在垂直平面内旋转180°是指保持基片的垂直竖立状态将基片底部翻转至基片顶部，由于第二胶块附着在基片上，当基片进行旋转时能够将第二胶块的底部平面翻转到基片的顶部，以便于对第二胶块垂直于粉末样品的平面进行离子抛光。

在本发明中，离子抛光过程中所抛光的平面为第二胶块的上表面(垂直于片状粉末的平面，对此平面抛光能够抛光到片状粉末的断面)，此时第二碳胶块位于基片的顶部，第二胶块中片状粉末呈垂直竖立状态，第二胶块上表面即为片状粉末的断面，也就是片状粉末在厚度方向上的截面，离子抛光过程中的离子束轰击方向平行于片状粉末的断面，能够对片状粉末的断面进行抛光。

图1为本发明实施例提供的片状粉末断面样品的制备方法流程示意图，具体包括以下步骤：

准备硅片和502碳胶；

将硅片平铺于实验台，将502碳胶滴于硅片表面；

将片状粉末洒于502碳胶上对碳胶烘干，得到第一碳胶块，由于受到空气阻力的作用，洒向502碳胶中的片状粉末平铺于第一碳胶块中；

将硅片垂直竖立于试验台上，将第一碳胶块推至硅片的底部，此时第一碳胶块中的片状粉末呈垂直状态；

将502碳胶滴于第一碳胶块上，待新的502碳胶和第一碳胶块融合之后对其干燥，得到第二碳胶块。

由于实验台为平面，会使形成的第二碳胶块的底面形成平面；将垂直竖立的硅片进行翻转，使第二硅胶块翻转至硅片的顶部，此时第二硅胶块的上表面即为平面，对此平面进行离子抛光，离子束轰击的方向与第二硅胶块的上表面平行，与片状粉末长度方向上垂直，得到片状粉末都断面样品。

本发明研究发现，片状粉末断面的离子抛光制样过程中，主要需要解决三方面的问题：一是粉末镶嵌于某种合适的镶嵌料中，制成块体，呈现出一个较为平整的面，让离子束对准这一个平面进行切割抛光；二是要确保一定数量的粉末断面能垂直于离子束的切割方向，才能在后期的观察中顺利找到断面抛光好的粉末；三是要尽量提高制成样品的导电性，由于纳米级的样品在后期的观察需要的放大倍数很大，提高导电性能能够优化观察的效果。

采用现有技术中的树脂包埋技术进行离子切割制样，主要缺点有：一、片状粉末在树脂内部分布杂乱，最终能垂直于离子束的粉末概率无法控制，后期观察中很难找到合适的观察区域；二、粉末材料硬度接近于树脂材料，包埋之后离子抛光的样品很难凸显出样品的形貌，整体呈现出十分平整的平面，不利于观察；三、树脂的导电性较差，后期不利于电镜下的高倍观察。

而将片状粉末直接散于导电胶上，进行平面离子抛光，主要缺点有：垂直于离子束的片状粉末非常少，后期寻找观察区域非常困难。

本发明制备片状粉末断面样品的关键在于采用导电胶液对亚微米级的片状粉末两次包埋后进行离子抛光制备断面样品，第一次包埋将基片水平放置，使大部分二维片状粉末平铺于基片之上，第二次包埋将基片垂直放置，并用导电胶液将第一次包埋后烘干的胶块部分稀释并使其与基片底部边缘齐平，并利用平整的平台使胶块的底面形成一个平面，保证大部分二维片状粉末能够垂直于离子束的切割方向，而且形成的平面有利于离子束切割抛光。本发明提供的方法制备得到的断面样品中大部分二维片状粉末都能够垂直于离子束切割的方向，在后期的观察中有大量的符合要求的可观察区域；另外本发明采用导电胶液进行制样，具有较好的导电性，有利于后期的高倍观察。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的片状粉末断面样品制备方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1制备的片状粉末断面样品的扫描电镜图；

图3为本发明实施例1制备的片状粉末断面样品的扫描电镜图；

图4为本发明比较例1制备的片状粉末断面样品的扫描电镜图；

图5为本发明比较例1制备的片状粉末断面样品的扫描电镜图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将502碳导电胶液(美国pelco，16056DAG-T-502导电胶)滴加在硅片表面，用牙签将片状粉末(长度几微米～几十微米，宽度为几微米～几十微米，厚度为几纳米～几十纳米)洒向导电胶液中，将导电胶液在红外灯下烘干，得到第一胶块。

将硅片垂直竖立在平整的实验台上，将第一胶块用牙签推至硅片底部，向第一胶块上滴加502碳导电胶液，滴加量与第一胶块的用量相同，待后滴加的导电胶液使第一胶块稀释融合后将其在红外灯下烘烤，得到底面为平面的第二胶块。

将硅片在垂直平面内旋转180°使第二胶块位于硅片顶部，对第二胶块的上表面(平面)进行离子抛光，得到片状粉末断面样品。

对本发明实施例1制备得到的片状粉末断面样品进行扫描电镜观察，检测结果如图2和图3所示，可以看出，本发明实施例1提供的方法制备得到的断面样品能够观察到较多的断面形态，图中大量的长条形貌即为片状粉末样品的断面形貌。

比较例1

将实施例1中的片状粉末和树脂在小孔模具中搅拌混合均匀，然后将树脂混合物进行固化，得到正方体块体样品；对块体样品的任意表面进行离子抛光，得到片状粉末断面样品。

对本发明比较例1制备得到的片状粉末断面样品进行扫描电镜观察，观察结果如图4和图5所示，可以看出，比较例1所采用的树脂包埋方法制备得到的断面样品观察到的样品断面非常少，且衬度很差，低倍下甚至很难观察清楚。

由以上实施例可知，本发明提供了一种片状粉末断面样品的制备方法，包括：将导电胶液滴加在基片表面；将片状粉末分散在导电胶液中；将导电胶液进行干燥，得到第一胶块；将基片垂直竖立于平整的平台上，将第一胶块设置于基片底部；将导电胶液滴加在第一胶块上，待导电胶液与第一胶块融合后进行干燥，得到底面为平面的第二胶块；采用离子抛光对第二胶块的下表面进行抛光，得到片状粉末断面样品。本发明提供的方法制备得到的断面样品中大部分二维片状粉末都能够垂直于离子束切割的方向，在后期的观察中有大量的符合要求的可观察区域；另外本发明采用导电胶液进行制样，具有较好的导电性，有利于后期的高倍观察。

Claims (7)

1.一种片状粉末断面样品的制备方法，包括：

将导电胶液滴加在基片表面，所述基片水平放置；

将片状粉末洒在导电胶液中，使大部分片状粉末平铺于基片之上；

将导电胶液进行干燥，得到第一胶块；

将基片垂直竖立于平整的平台上，将第一胶块设置于基片底部；

将导电胶液滴加在第一胶块上，待导电胶液与第一胶块融合后进行干燥，得到第二胶块；由于将基片垂直竖立于平整的平台上，导电胶液将第一胶块部分熔化后，第一胶块熔化的部分流向于平整的平台，由于平整的平台能够提供平面，使干燥后形成的第二胶块的底面为一个平整的平面，保证大部分片状粉末能够垂直于离子束的切割方向；

采用离子抛光对第二胶块的下表面进行抛光，得到片状粉末的断面样品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述片状粉末的长度为1~1000微米；所述片状粉末的宽度为1~1000微米；所述片状粉末的厚度为10~10000nm。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述片状粉末的长度为10~100微米，所述片状粉末的宽度为10~100微米，所述片状粉末的厚度为10~100纳米。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电胶液为银导电胶液或碳导电胶液。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基片为硅片。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥的方法为采用红外灯烘烤或在烘箱中干燥。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抛光之前还包括：

将基片在垂直平面内旋转180°，使第二胶块位于基片顶部，

采用离子抛光对第二胶块的上表面进行抛光，得到片状粉末的断面样品。

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