CN1455238A - 一种制备大粉末颗粒材料的电镜薄膜样品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制备大粉末颗粒材料的电镜薄膜样品的方法，包括电沉积薄膜的制备，电解薄膜的制备，离子减薄技术。在电沉积中采用直流电源，将阳极3、阴极4插入电沉积溶液9中，电沉积溶液的成分为CuSO4：170～260克/升，H2SO4：50～80克/升，Cl－：0.01～0.1克/升；在电沉积过程中用磁力搅拌器搅拌，搅拌速度为60～125转/分；利用电解双喷技术将电沉积薄膜进行进一步的减薄。对于不导电的粉末颗粒，采用离子减薄技术对电解薄膜进行进一步的减薄。本发明的优点在于：使大颗粒的粉末材料能够制成电镜薄膜样品，成功地实现了电镜的直接观察。

Description

一种制备大粉末颗粒材料的电镜薄膜样品的方法
技术领域：
本发明属于电镜薄膜样品制备技术领域，特别是提供了一种制备大粉末颗粒材料的电镜薄膜样品的方法，解决大粉末颗粒材料进行微观组织、晶体结构、成分分析时电子显微镜薄膜样品的制备难的问题。
背景技术：
用于透射电子显微镜观察的样品，由于电子的穿透能力弱，要求其厚度极薄，一般为5～200nm之间。按此要求制备的样品被称为电镜薄膜样品。对于大块金属试样，一般通过(1)机械减薄，(2)化学减薄，(3)电解抛光减薄这三个工艺方法直接制成薄膜。对于粒度小于200nm的粉末材料，通常将粉末颗粒放置在支持网上，更细的粉末则需放在支持膜上直接进行观察。但由于颗粒较小，用普通微栅分散时，并不能达到均匀分散的效果。在电镜下观察时样品常常有团聚现象，使观察区域变厚，电子穿不透试样，从而形不成衍射和透射斑点，也就形不成衍衬像，使电镜观察失败。对于特殊的样品，需要采用特殊的方法来制备。如由华南理工大学申请的专利“磁性液体电镜样品的制备技术”，申请号98121493.2，该发明解决了用电镜直接观察和研究磁性液体的问题，样品制作简单、利用率高，可反映在磁场作用下的磁性液体的表面形貌特征和内部颗粒形貌及分布状态。
对于较大的粉末颗粒，如粒度大于500nm的粉末材料，由于颗粒较大，采用普通微栅分散是不能达到要求的。即使是粒度小的粉末材料，采用微栅分散时由于团聚现象的存在，达不到预期的效果。对于这些问题目前在文献记载中还尚未有效的方法来解决。
发明内容：
本发明的目的在于：提供一种制备大粉末颗粒材料的电镜薄膜样品的方法，解决(1)颗粒较大(直径大于500nm)的粉末材料，特别是不导电的粉末样品，由于颗粒较大，用普通微栅分散，在电镜下达不到观察效果；(2)即使是颗粒较小(小于500nm)的粉末材料由于团聚现象的存在，也达不到均匀分散的效果，使电镜的直接观察失败。为了解决这些问题，本发明采用以下方法和技术，使大颗粒的粉末材料也能够制成电镜薄膜样品，成功地实现了电镜的直接观察。
本发明包括：电沉积薄膜的制备，电解薄膜的制备，离子减薄技术。
(1)电沉积薄膜的制备：在电沉积中采用直流电源，电压为：1伏～15伏，电流密度为：20毫安/分米2～2安/分米2，将阳极3、阴极4插入电沉积溶液9中，阳极为纯铜，电沉积溶液的成分为CuSO4：170～260克/升，H2SO4：50～80克/升，Cl-：0.01～0.1克/升，见表2。在电沉积过程中用磁力搅拌器搅拌，速度为60～125转/分，磁力搅拌器的作用是保证溶液浓度均匀，并且可以带走电沉积样品的表面气泡，保证表面质量。温度计6和加热器10组成了控温系统，使沉积在30℃～50℃的恒温下进行。过滤器7可以过滤残渣，因为残渣会影响到沉积样品表面质量。通过控制时间可以控制样品的厚度，时间控制在10分钟～2小时之间。采用电沉积的方法将粉末包埋在纯铜中。为了使粉末能够均匀地分布，在电沉积过程中，利用电吸附原理使粉末均匀地吸附在铜基体上。电沉积工艺参数见表1，电沉积溶液成分见表2，电沉积薄膜的制备技术示意图见图1。
(2)电解薄膜的制备：利用电解双喷技术将电沉积薄膜进行进一步的减薄。在电解双喷得到的薄区中，便可以看到被铜包埋的粉末颗粒。如果粉末颗粒可以导电，粉末颗粒也会随着铜一起被减薄。如果粉末颗粒不导电，虽然粉末颗粒不会被减薄，但由于铜片基体被逐渐减薄，使粉末颗粒露出在铜片基体的表面。
(3)离子减薄：对于不导电的粉末颗粒，采用离子减薄技术对电解薄膜进行进一步的减薄，这时粉末颗粒由于露出在铜薄膜基体的表面，会得到充分的减薄，直至能够进行电镜观察。
             表1电沉积工艺参数
    电压     1伏～15伏
    电流密度     20毫安/分米2～2安/分米2
    温度     30℃～50℃
    磁力搅拌器速度     60～125转/分
    阳极材料     Cu
    阴极材料     不锈钢，Ti
    电沉积时间     10分～3小时
电沉积溶液成分如表2：
        表2电沉积溶液成分
    CuSO4     170～260克/升
    H2SO4     50～80克/升
    Cl-     0.01～0.1克/升
    水     余量
本发明的优点在于：使大颗粒的粉末材料能够制成电镜薄膜样品，成功地实现了电镜的直接观察。
附图说明：
图1是本发明电沉积薄膜的制备技术示意图，其中直流电源1、控制器2、阳极3、阴极4、搅拌器5、温度计6、过滤器7、泵8、电沉积溶液9、加热器10。
具体实施方式：
如图1阳极为纯铜，阴极为不锈钢板，将电沉积溶液(CuSO4 200g/l，H2SO460g/l，Cl-0.05g/l)和要沉积的大粉末混合，然后将阴极(纯铜)和阳极(不锈钢)分别插入电沉积溶液中，对两极施加一定电压便可开始沉积。通过控制电流、电压、温度来控制沉积速度和沉积质量。搅拌器的作用是保证溶液浓度均匀，并且可以带走电沉积样品的表面气泡，保证表面质量。温度计和加热器组成了控温系统，使沉积在恒温下进行。过滤器可以过滤残渣，因为残渣会影响到沉积样品表面质量。通过控制时间可以控制样品的厚度。实例1：具体实施条件如表3所示
                    表3具体实施条件和结果
    项目           实施条件及电沉积薄膜效果
电沉积溶液成分 CuSO4 180克/升，H2SO4 60克/升，Cl-0.05克/升其余为水
电沉积工艺参数 电压：5伏  电流密度：80毫安/分米2，温度：40℃，磁力搅拌器速度：80转/分，阳极材料：铜，阴极材料：不锈钢，电沉积时间：30分
电沉积薄膜效果 表面质量：光洁，  薄膜厚度：70μm
实例2：具体实施条件如表4所示
                       表4具体实施条件和结果
    项目            实施条件及电沉积薄膜效果
电沉积溶液成分 CuSO4 200克/升，H2SO4 70克/升，Cl-0.08克/升其余为水
电沉积工艺参数 电压：8伏，电流密度：200毫安/分米2，温度：50℃，磁力搅拌器速度：120转/分，阳极材料：铜，阴极材料：不锈钢，电沉积时间：2小时
电沉积薄膜效果 表面质量：光洁，  薄膜厚度：500μm
实例3：具体实施条件如表5所示
                      表5具体实施条件和结果
    项目           实施条件及电沉积薄膜效果
电沉积溶液成分 CuSO4 220克/升，H2SO4 70克/升，Cl-0.1克/升其余为水
电沉积工艺参数 电压：10伏，电流密度：1安/分米2，温度：50℃，磁力搅拌器速度：120转/分，阳极材料：铜，阴极材料：不锈钢，电沉积时间：30分
电沉积薄膜效果 表面质量：光洁，薄膜厚度：100μm

Claims (2)

1、一种制备大粉末颗粒材料的电镜薄膜样品的方法，包括电沉积薄膜的制备，电解薄膜的制备，离子减薄技术，其特征在于：
a、电沉积薄膜的制备：在电沉积中采用直流电源，电压为：1伏～15伏，电流密度为：
Figure A0313660100021
将阳极3、阴极4插入电沉积溶液9中，阳极为纯铜，电沉积溶液的成分为CuSO4：170～260克/升，H2SO4：50～80克/升，Cl-：0.01～0.1克/升；在电沉积过程中用磁力搅拌器搅拌，搅拌速度为60～125转/分；温度计6和加热器10组成了控温系统，使沉积在30℃～50℃的恒温下进行；过滤器7可以过滤残渣，控制时间为10分钟～2小时来控制样品的厚度；采用电沉积的方法将粉末包埋在纯铜中；在电沉积过程中，利用电吸附原理使粉末均匀地吸附在铜基体上；
b、电解薄膜的制备：利用电解双喷技术将电沉积薄膜进行进一步的减薄，在电解双喷得到的薄区中，便可以看到被铜包埋的粉末颗粒。
2、根据权利要求1所述的制备大粉末颗粒材料的电镜薄膜样品的方法，其特征在于：对于不导电的粉末颗粒，采用离子减薄技术对电解薄膜进行进一步的减薄，这时粉末颗粒由于露出在铜薄膜基体的表面，会得到充分的减薄，直至能够进行电镜观察。
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