金屬透射樣品的制備和高分辨表征

白紅日，汪浩，梁鎏凝，劉燁，沈希，溫玉仁

(1.北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京，100083；2.湘潭大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南湘潭，411105；3.中國(guó)科學(xué)院物理研究所，北京，100190)

早期的普通金屬材料利用金相技術(shù)就能夠獲得粗大的組織圖像，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于材料的研究也越來(lái)越精細(xì)。為了滿足我國(guó)石油天然氣開發(fā)、發(fā)電設(shè)備和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域?qū)ο冗M(jìn)金屬材料的需求，開發(fā)強(qiáng)度高、韌性好和耐熱溫度高等優(yōu)點(diǎn)的先進(jìn)合金已成為一個(gè)重要的挑戰(zhàn)和研究熱點(diǎn)。超高強(qiáng)度的析出強(qiáng)化鋼[1-4]、Hastelloy 鎳基高溫合金[5-7]和兼具強(qiáng)度與塑性的高熵合金[8-10]等先進(jìn)合金材料都有著廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于組織結(jié)構(gòu)更為精細(xì)復(fù)雜的先進(jìn)合金材料，傳統(tǒng)的表征技術(shù)手段已經(jīng)無(wú)法得到有用的信息，需要使用分辨率更高的技術(shù)手段對(duì)金屬材料進(jìn)行表征，充分認(rèn)識(shí)材料并了解其力學(xué)性能的影響因素，以便尋求使材料獲得良好的力學(xué)性能的有效措施。

目前對(duì)于金屬材料常用的精細(xì)表征手段有高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)、原子探針層析技術(shù)(APT)和掃描透射電子顯微鏡(STEM)等。透射電鏡(TEM)是表征合金中顯微結(jié)構(gòu)和微區(qū)成分的主要工具之一[11-13]。然而，由于相位襯度的限制，傳統(tǒng)的HRTEM難以揭示嵌入鋼基體中的超細(xì)納米沉淀物的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)信息[14]。相位襯度是電子束在穿過(guò)薄的樣品后由于相位發(fā)生變化而產(chǎn)生的襯度，它對(duì)樣品厚度、晶體取向極其敏感，所得的圖像襯度并不能直觀反映出原子的占位信息。APT 是在高度真空的環(huán)境下，使表面原子電離蒸發(fā)，用飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(time of flight,TOF)測(cè)定蒸發(fā)離子質(zhì)量和電荷的比值，獲得離子的質(zhì)譜峰以確定元素的種類[15]。其最大的優(yōu)勢(shì)是能夠給出不同元素的原子在三維空間中的成分和位置信息，但是它無(wú)法從中獲得材料的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)信息，同時(shí)它的信號(hào)收集率不到50%，由此帶來(lái)的統(tǒng)計(jì)誤差不足以區(qū)分相成分的化學(xué)計(jì)量比。而STEM與前兩者相比有較好的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)高角環(huán)形暗場(chǎng)探測(cè)器收集散射電子得到高角環(huán)形暗場(chǎng)像(HAADF)。由于信號(hào)的強(qiáng)弱在一定的厚度下與原子序數(shù)Z的平方近似成比例[16-17]，HAADF 圖像能夠包含原子尺度上的結(jié)構(gòu)和化學(xué)信息，因此，STEM是一種針對(duì)合金材料非常有效的高分辨率表征方法。

為了得到清晰的HAADF圖像，制備合格的合金透射樣品成為了透射觀察的前提。對(duì)于鋼鐵材料來(lái)說(shuō)，一般厚度要小于100 nm 時(shí)可以拍出清楚的明場(chǎng)像，如果透射樣品的厚度越小，那么獲取高分辨圖像會(huì)更容易。HIRATA等[18]在研究氧化物彌散強(qiáng)化鋼時(shí)指出，樣品的厚度要小于析出相尺寸的2 倍才能清晰地觀察到納米團(tuán)簇的原子結(jié)構(gòu)，樣品厚度與析出相尺寸的相應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

圖1 高分辨觀察要求的樣品厚度與納米析出相尺寸的關(guān)系Fig.1 Required sample thickness for high resolution S/TEM observation with respect to size of nanoprecipitates

本文通過(guò)電解雙噴減薄樣品，并結(jié)合離子減薄清洗樣品表面的氧化物，制備析出強(qiáng)化合金鋼、Hastelloy 合金和CoCrNi 中熵合金等各種透射樣品以供高分辨掃描透射電鏡表征，識(shí)別并排除氧化物衍射斑點(diǎn)對(duì)基體的影響，以準(zhǔn)確表征合金中的納米級(jí)缺陷。

1 實(shí)驗(yàn)材料和樣品制備

實(shí)驗(yàn)所用的樣品為析出強(qiáng)化合金鋼(Fe2.5Cu 1.5Mn4.0Ni1.0Al 和Fe10Cr5Ni1Al2Mn)、Hastelloy合金和CoCrNi中熵合金。其中，F(xiàn)e2.5Cu1.5Mn4.0 Ni1.0Al 合金淬火處理后，在500 ℃保溫0.5～500 h，并水淬處理[14]；Fe10Cr5Ni1Al2Mn 合金熔鑄后冷軋?zhí)幚?，總壓下量?6%，冷軋后在900 ℃固溶處理0.5 h，然后在水中淬火。淬火后的樣品在550 ℃進(jìn)行不同時(shí)間的時(shí)效處理；Hastelloy合金由北京北冶功能材料有限公司提供，經(jīng)過(guò)熔煉、電渣重熔、鍛造、軋制、固溶處理得到合金箔帶；CoCrNi 中熵合金熔鑄后在1 200 ℃下均質(zhì)化6 h，后鍛成方形棒并在850 ℃下再結(jié)晶1 h，然后空氣冷卻[10]。利用沖片機(jī)沖下直徑3 mm 左右的圓片，手磨預(yù)減薄至55 μm 厚，使用北京睿靈RL-I 型電解雙噴減薄儀對(duì)圓片進(jìn)行減薄，在最佳參數(shù)條件下，每種樣品取3～4個(gè)表面質(zhì)量和穿孔形貌良好的樣品備用，利用Gatan 691 離子減薄儀在液氮溫度下清洗樣品表面的氧化物，最后進(jìn)行透射觀察。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 電解雙噴減薄

整個(gè)樣品制備的過(guò)程分為2個(gè)部分，預(yù)減薄和終減薄。終減薄有2種常用的方法，電解雙噴和離子減薄，由于離子減薄速度較慢且容易造成非晶損傷層，因此，僅利用離子減薄清洗樣品表面的氧化物，樣品減薄的過(guò)程主要依靠電解雙噴。預(yù)減薄過(guò)程要注意手磨過(guò)程中砂紙的規(guī)格要先粗后細(xì)，在研磨過(guò)程中應(yīng)變換磨樣的方向，間隔地用水沖刷砂紙，因?yàn)樗梢詻_刷掉研磨下來(lái)的顆粒并起到冷卻潤(rùn)滑的作用，避免顆粒嵌入樣品中造成變形擾亂層和試樣表面溫度升高。兩面研磨之后，樣品的厚度應(yīng)控制在55 μm左右，厚度太薄，試樣容易被磨損；太厚，則鋼鐵樣品磁性太強(qiáng)。

電解雙噴減薄的原理圖如圖2所示。電解液加到容器內(nèi)部刻度線以上，試樣裝入試樣夾中，只有中間的圓形區(qū)域裸漏。試樣夾中的樣品連接著鉑絲陽(yáng)極，而陰極焊在兩側(cè)噴管里，電解液會(huì)通過(guò)噴嘴從兩側(cè)向樣品中心噴射，以第一個(gè)穿孔作為減薄的終點(diǎn)，這樣，樣品的中心小孔周圍會(huì)變得很薄且均勻，表面光亮，滿足透射樣品的要求。結(jié)束后，應(yīng)快速取出試樣夾并錯(cuò)開一定的角度豎直插入醇中浸泡13 s，然后打開試樣夾，用鑷子夾住樣品邊緣部分取出，然后在乙醇或去離子水中浸泡。從雙噴出孔到取出浸泡的整個(gè)過(guò)程應(yīng)盡快完成，如果耽擱時(shí)間太久，電解液會(huì)繼續(xù)腐蝕薄區(qū)，導(dǎo)致樣品表面生成氧化膜。對(duì)于鋼的透射樣品，可以在去離子水中浸泡1 min，期間應(yīng)上下、豎直地穿插水面幾次，利用水的表面張力刮掉試樣表面的絡(luò)化物膜[19]，再用乙醇浸泡4～5 次，每次持續(xù)1 min左右。在整個(gè)清洗過(guò)程中，不要左右晃動(dòng)，防止樣品薄區(qū)損壞。不同金屬材料的最佳電解雙噴條件如表1所示。

圖2 電解雙噴減薄的示意圖Fig.2 Schematic of twin-jet electropolishing

2.2 離子減薄清洗

經(jīng)過(guò)電解雙噴后的TEM樣品表面存在絡(luò)合物，會(huì)干擾透射成像尤其是高分辨成像的觀察，因此，為了防止進(jìn)一步被腐蝕，金屬TEM 樣品應(yīng)立即用離子減薄清洗表面。離子減薄是指用高能粒子或中性原子轟擊試樣表面，濺射減薄材料的一個(gè)物理過(guò)程。其原理示意如圖3所示，氬氣進(jìn)入離子腔經(jīng)過(guò)加壓以后，產(chǎn)生氬離子束，轟擊到旋轉(zhuǎn)樣品上。離子束在一定程度上會(huì)穿透樣品，因此，一般要傾轉(zhuǎn)樣品和離子束成一定角度來(lái)減弱此現(xiàn)象。在減薄時(shí)，采取較小的傾轉(zhuǎn)角θ才能得到質(zhì)量好的透射樣品[20]。FeCrNi，Hastelloy 和CoCrNi 合金的傾轉(zhuǎn)角分別為3.0°，3.0°和3.5°。為了避免樣品在高壓下被離子束打掉，去除氧化物的參數(shù)選擇更為嚴(yán)格，將整個(gè)過(guò)程分為2 個(gè)低壓的減薄清洗過(guò)程：第一階段，在2 kV 下減薄清洗10 min；第二階段，調(diào)小電壓到1 kV 繼續(xù)減薄清洗20 min。為了降低對(duì)樣品薄區(qū)的破損，減薄時(shí)間也可以相應(yīng)地縮短，實(shí)際過(guò)程中因樣品不同，各階段的清洗時(shí)間不會(huì)超過(guò)上述清洗時(shí)間。對(duì)于一般的非晶氧化物，可以通過(guò)低傾轉(zhuǎn)角低電壓的離子減薄過(guò)程清洗掉；而對(duì)于外延生長(zhǎng)的氧化物，則只能盡量地去除，使其影響降至最低。對(duì)于FeCrNi 合金鋼和Hastelloy合金，傾轉(zhuǎn)角為3.0°時(shí)能獲得良好的清洗效果，但是對(duì)有些氧化膜較厚的樣品，如CoCrNi 中熵合金，就需要增大傾轉(zhuǎn)角，增大減薄力度才能取得良好的清洗效果。

表1 制備TEM樣品的電解雙噴參數(shù)Table 1 Parameters of twin-jet electropolishing for preparing TEM samples

圖3 離子減薄原理圖Fig.3 Schematic of ion milling

用于減薄穿孔的電解雙噴減薄是一個(gè)化學(xué)過(guò)程，不恰當(dāng)?shù)膮?shù)選擇和操作極易導(dǎo)致氧化物產(chǎn)生或者樣品制備失敗，使后續(xù)的表征變得十分困難。對(duì)于不同類型的金屬樣品，電解雙噴實(shí)驗(yàn)的參數(shù)相差較大；同種類型的材料可以相互借鑒，但是仍需要具體情況具體分析。而用于去除氧化物的離子減薄是一個(gè)物理過(guò)程，其參數(shù)的適用性較高，可適用于其他合金去除氧化物。

2.3 TEM樣品表面氧化物

富Cu 相納米析出強(qiáng)化鋼(Fe2.5Cu1.5Mn4.0Ni 1.0Al)在500 ℃時(shí)效500 h 后[001]bcc帶軸和[10]bcc帶軸下的選區(qū)電子衍射(SAED)花樣[14]如圖4所示，其中右側(cè)箭頭標(biāo)出的衍射斑點(diǎn)來(lái)自于B2 有序析出相，左側(cè)箭頭標(biāo)出的衍射斑點(diǎn)來(lái)自于氧化物。從圖4(b)可見許多微弱的衍射斑點(diǎn)，這是氧化物的存在導(dǎo)致的。這些額外的斑點(diǎn)之所以被標(biāo)定為氧化物，是因?yàn)樗鼈冊(cè)谕徊牧舷轮苽涞钠叫薪M樣品中或不同的制備方法下會(huì)發(fā)生改變[14]。

此外，在CoCrNi 中熵合金的衍射花樣中，也拍到了許多微弱的衍射斑點(diǎn)，如圖5(a)中的藍(lán)色圓圈所示，同樣說(shuō)明樣品表面存在著氧化物。在相應(yīng)的高分辨圖像中也可以明顯地看出樣品表面氧化物的存在，如圖5(b)所示，同時(shí)能夠看到許多莫爾條紋。莫爾條紋是由氧化物和樣品2套不同的晶格干涉產(chǎn)生的，從而干擾獲取正確的樣品信息。

圖4 Fe2.5Cu1.5Mn4.0Ni1.0Al合金在500 ℃時(shí)效500 h后不同晶帶軸的選區(qū)電子衍射花樣[14]Fig.4 SAED patterns of Fe2.5Cu1.5Mn4.0Ni1.0Al alloys after ageing for 500 h at 500 ℃along different zone axes[14]

離子減薄清洗后樣品表面可能仍存在外延生長(zhǎng)的氧化物。圖6(a)所示為FeCrNi 合金鋼經(jīng)過(guò)雙噴、離子清洗后的明場(chǎng)像(BF)圖片。從圖6(a)可以清晰地觀察到樣品的晶粒、位錯(cuò)和亞晶等組織結(jié)構(gòu)。圖6(b)所示為FeCrNi合金鋼的高分辨HAADF圖像，從圖6(b)可觀察到清晰的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。對(duì)高分辨HAADF圖像進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)后發(fā)現(xiàn)，仍然存在氧化物的衍射斑點(diǎn)，如圖6(b)右上角所示，這與圖4(b)中的衍射斑相似，說(shuō)明外延生長(zhǎng)的氧化物很難被去除。因此，在觀察樣品衍射花樣時(shí)，應(yīng)排除氧化物的干擾。相同種類、不同批次的樣品有著變化的衍射花樣，這是復(fù)雜氧化物導(dǎo)致的，樣品本身的衍射花樣不會(huì)因TEM 樣品制備不同而發(fā)生變化[21-22]。氧化物的衍射強(qiáng)度不會(huì)隨著樣品時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，因此，可以利用此規(guī)律判斷除基體之外的衍射斑點(diǎn)是氧化物導(dǎo)致的還是有序相的析出導(dǎo)致的，從而排除氧化物的影響[14]。

圖5 CoCrNi中熵合金的衍射花樣和HRTEM圖像Fig.5 SAED pattern and HRTEM image of CoCrNi medium entropy alloys along[011]fcc direction

3 討論與分析

3.1 磁性對(duì)透射觀察的影響

圖6 FeCrNi合金鋼的明場(chǎng)像和[011]bcc方向的高分辨HAADF圖像Fig.6 Bright field TEM image and high resolution HAADF image of Fe10Cr5Ni1Al2Mn alloys along[011]bcc direction

磁性是物質(zhì)的基本屬性之一，物質(zhì)磁性來(lái)源于原子的磁性。原子的磁矩包含原子中的電子及電子核的磁矩，電子核的磁矩較小，常常被忽略，因此，原子的磁矩由電子的軌道磁矩和自旋磁矩組成。根據(jù)磁性的強(qiáng)弱分為抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性等。常見的帶有磁性的合金材料有淬火硬態(tài)合金(碳鋼和合金鋼等)、脫溶硬化合金(鐵鎳鋁合金等)和超晶格合金(鉑鐵合金和鉑鈷合金等)。為了避免磁性合金在應(yīng)用時(shí)由于磁性的存在產(chǎn)生不利的影響，常用的消磁方式有：加熱到居里溫度以上，或?qū)⒉牧戏旁诖艌?chǎng)強(qiáng)度大于矯頑力的反復(fù)變化磁場(chǎng)或反向磁場(chǎng)中，或反復(fù)捶打磁性材料。但這些手段不易實(shí)施，也不能完全將磁性消除。磁性樣品如果被電鏡的電磁線圈吸走，極易附著在極靴上而形成永久的像差，需要拆卸電鏡將其取出，而且電鏡設(shè)備的維修成本極高，因此，必須避免樣品磁性帶來(lái)的影響。

透射樣品分為粉末和塊體，其中粉末很容易在電磁線圈上吸附，如圖7所示。而塊體樣品，比如鐵素體鋼，屬于鐵磁性物質(zhì)，在沒有磁場(chǎng)誘導(dǎo)的前提下，只要固定牢固，樣品薄區(qū)不易破裂，就不會(huì)出現(xiàn)被吸走的現(xiàn)象。為降低大塊樣品的磁性，避免TEM 樣品被吸走，采用的簡(jiǎn)便手段主要有減小樣品的厚度、避免樣品的磁化和進(jìn)樣前關(guān)閉物鏡電流。比如雙噴樣品厚度一般要求為90 μm左右，應(yīng)進(jìn)一步磨薄至55 μm；在磨樣過(guò)程中，應(yīng)使用黑色的抗磁鑷子，避免接觸鐵制品；在進(jìn)樣品桿的過(guò)程中，TEM 樣品應(yīng)被固定牢固，樣品太薄可以墊鉬環(huán)。在插樣品桿過(guò)程中，可以關(guān)閉物鏡電流而避免樣品被電磁線圈吸走。

圖7 TEM極靴上吸附的粉末樣品Fig.7 Micro-powders adhered to TEM pole piece

3.2 電解雙噴參數(shù)的選取

最佳的透射樣品表面應(yīng)表現(xiàn)出如下特征：樣品應(yīng)在中間穿單孔而不是篩孔，孔徑應(yīng)盡可能地小，表面光滑發(fā)亮。影響電解雙噴的因素主要有雙噴液的成分、溫度、電流和電壓以及液泵調(diào)速。雙噴液的成分和電壓與材料本身的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，可通過(guò)查閱文獻(xiàn)選取。金屬材料的電解液是由酸和有機(jī)溶劑組成的，酸的作用主要是電解拋光樣品，溶劑一般是酒精和甘油等有機(jī)溶劑，可以稀釋酸并溶解拋光過(guò)程產(chǎn)生的薄膜。電壓的選取與材料本身和雙噴液成分有關(guān)，存在1個(gè)最佳值，電流會(huì)有上下波動(dòng)。電流過(guò)大，試樣局部區(qū)域會(huì)早期穿孔，電流過(guò)小，試樣表面會(huì)腐蝕發(fā)烏。電解過(guò)程中電壓和電流的關(guān)系如圖8所示，拋光區(qū)域在曲線中部范圍。鐵基合金的電解電壓一般在20 V 左右，鎂合金的電解電壓在90 V 左右較為適宜，電流曲線要保持平穩(wěn)。溫度選取的原則是稍高于雙噴液結(jié)冰時(shí)的溫度，醇溶液的表面結(jié)冰溫度一般為-45℃。液泵調(diào)速的選取原則是：在選取的溫度并且沒有樣品夾插入的情況下，逐漸增大液泵調(diào)速，使得兩邊的液柱剛好對(duì)準(zhǔn)且水平平直，液泵調(diào)速太小會(huì)造成穿孔偏離中心，太大則會(huì)損壞薄區(qū)。從表1可知：Hastelloy合金的液泵調(diào)速遠(yuǎn)比其他2個(gè)樣品的高，原因在于Hastelloy合金耐腐蝕，雙噴液的高氯酸濃度較高并且較為黏稠，導(dǎo)致其所需液泵調(diào)速較大。因此，在雙噴過(guò)程中，液泵調(diào)速的選取與雙噴液的黏稠度有很大關(guān)系。最后，需要注意穿孔尺寸的選擇，穿孔尺寸過(guò)大，薄區(qū)范圍??；穿孔尺寸過(guò)小，儀器感光敏感極易報(bào)警而停止雙噴。因此，感光敏感度一般選擇35～60。

圖8 雙噴過(guò)程中電流和電壓的關(guān)系曲線Fig.8 Relationship curve of current and voltage during twin-jet electropolishing

3.3 高分辨觀察中的莫爾條紋

樣品表面的氧化物對(duì)樣品的表征存在許多不利的影響，特別是莫爾條紋的存在會(huì)干擾正確的樣品信息。常見的莫爾條紋有平行莫爾條紋(translational moire)和旋轉(zhuǎn)莫爾條紋(rotational moire)，其周期往往和互相干涉的2 套晶面的晶面間距和晶面夾角有關(guān)，相應(yīng)關(guān)系分別如下：

式中：dtm和drm分別為平行莫爾條紋的間距和旋轉(zhuǎn)莫爾條紋的間距；d1和d2為互相干涉的2套晶面的晶面間距；β為互相干涉的2套晶面的晶面夾角。

在制備樣品時(shí)，不僅要合理選取樣品電解雙噴實(shí)驗(yàn)的參數(shù)，而且要采取一定的措施來(lái)減少氧化物，防止莫爾條紋的產(chǎn)生。雙噴過(guò)后再用離子減薄清洗樣品表面的氧化物，能夠得到質(zhì)量較好的電鏡照片。離子清洗去除氧化物的過(guò)程中必須選取較低的電壓和較小的傾轉(zhuǎn)角。傾轉(zhuǎn)角越大，其穿透深度就越大；電壓過(guò)大，離子攜帶能量越高，穿透深度也會(huì)增大，因此，電壓和傾轉(zhuǎn)角過(guò)大都會(huì)導(dǎo)致雙噴后的樣品被打壞。當(dāng)清洗效果不佳時(shí)，可以適當(dāng)增大傾轉(zhuǎn)角。在傾轉(zhuǎn)角為3.0°時(shí)進(jìn)行離子清洗后拍出的CoCrNi 中熵合金高分辨圖像如圖9(a)所示。從圖9(a)仍然能夠觀察到莫爾條紋的存在，圖像不清晰，清洗氧化物的效果不佳。而在傾轉(zhuǎn)角為3.5°時(shí)進(jìn)行離子清洗后，得到了莫爾條紋大幅度減少、更為清晰的HRTEM 圖像(圖9(b))。同時(shí)，圖9(c)和9(d)所示分別為掃描透射電子顯微鏡(STEM)拍攝的明場(chǎng)像和高角中心暗場(chǎng)像(HAADF)，可見：圖像的質(zhì)量幾乎不受莫爾條紋的影響。HRTEM是相位襯度像，是所有參加成像的衍射束與透射束之間因?yàn)橄辔徊疃纬傻母缮鎴D像，參與成像的衍射束較多，得到的原子像細(xì)節(jié)豐富。其襯度傳遞函數(shù)T(u)如下所示[23]：

圖9 不同傾轉(zhuǎn)角離子清洗下，CoCrNi中熵合金[011]fcc方向的HRTEM圖像和高分辨STEM圖像Fig.9 HRTEM images and high resolution STEM images of CoCrNi medium-entropy alloys along[011]fcc direction prepared at different inclination angles of ion milling

式中：A(u)為光闌函數(shù)；B(u)為球差函數(shù)；E(u)為波的衰減函數(shù)；Δf為偏焦量；CS為球差系數(shù)；D為由色差引起的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

由于HRTEM的收集角較大，參與成像的衍射束比BF-STEM的衍射束多[24]。設(shè)n(1,2,…,n)為衍射級(jí)數(shù)，n1為中BF 衍射斑的衍射級(jí)數(shù)，n2為HRTEM 中衍射斑的衍射級(jí)數(shù)(n2>n1)，并假設(shè)此時(shí)的莫爾條紋都是平行莫爾條紋。莫爾條紋是氧化物的衍射斑和基體衍射斑相干產(chǎn)生的，衍射級(jí)數(shù)越多，相干的衍射斑就越多，就會(huì)產(chǎn)生更多不同間距的莫爾條紋。

從式(7)可以看出，隨著衍射級(jí)數(shù)的增加，莫爾條紋的間距整數(shù)倍減小，不同級(jí)數(shù)干涉的莫爾條紋會(huì)部分重合。

式中：σm為莫爾條紋的襯度，σmb為BF-STEM中莫爾條紋的襯度，σmh為HRTEM中莫爾條紋的襯度；σm1，σm2和σmn1分別為1級(jí)、2級(jí)和n1級(jí)衍射下衍射斑相干產(chǎn)生的莫爾條紋襯度。因此，BF-STEM 中莫爾條紋的襯度要低于HRTEM 中莫爾條紋襯度，旋轉(zhuǎn)莫爾條紋同理可證。而HAADF圖像收集的是高角盧瑟福散射電子，為原子序數(shù)襯度像，避免了復(fù)雜的衍射襯度和相干衍射，能夠直接反映平均原子序數(shù)的信息。

4 結(jié)論

1)電解雙噴參數(shù)對(duì)于制備金屬TEM 樣品至關(guān)重要，合理的雙噴參數(shù)比如雙噴液成分、電壓、溫度和液泵調(diào)速應(yīng)參照材料的物化性質(zhì)并結(jié)合文獻(xiàn)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇。根據(jù)穩(wěn)定的電流曲線，選取合適的電壓；溫度的選擇原則應(yīng)選取稍高于雙噴液表面剛結(jié)冰時(shí)的溫度，液泵調(diào)速的選擇原則應(yīng)使得兩邊的液柱剛好平直。

2)利用攜帶較小能量的離子束在樣品電解雙噴后對(duì)其進(jìn)行分階段的離子減薄清洗樣品，初始電壓稍大，后期調(diào)小電壓，能夠在一定程度上削減氧化物的影響同時(shí)防止樣品被打掉，獲得干凈的薄區(qū)。

3)含鐵金屬樣品的磁性難以避免，但是能有效減小，可以采取減少樣品厚度和避免誘導(dǎo)磁性的手段減小磁性對(duì)透射觀察的影響。

4)當(dāng)氧化物不可避免時(shí)，應(yīng)盡量去分辨并排除氧化物對(duì)樣品表征的干擾。分析弱衍射花樣時(shí)考慮并排除氧化物的影響：在不同時(shí)效時(shí)間下，衍射強(qiáng)度不變的額外衍射斑點(diǎn)來(lái)自于氧化物；在不同的樣品制備方法下，發(fā)生變化的衍射斑點(diǎn)來(lái)自于氧化物。