在透射電子顯微鏡分析中,，數(shù)據(jù)可靠性主要取決于樣本制備的質(zhì)量,。雖然一些納米材料（例如納米顆粒和蛋白質(zhì)等）,，本身就是電子透明的，無需進(jìn)一步進(jìn)行減薄處理,，但是它們?nèi)孕璺稚⒌奖≈С帜ど?。碳膜支持膜是電子透明的，因此可以避免支持膜材料信?hào)對(duì)樣品分析的干擾,。無論是對(duì)納米材料還是生物納米結(jié)構(gòu)研究,，碳支持膜的質(zhì)量和特性對(duì)樣品分析結(jié)果有重大的影響。

本應(yīng)用說明介紹了如何以可重復(fù)的方式制備超薄碳膜,。這些支持膜可廣泛應(yīng)用于各種納米結(jié)構(gòu),，有助于從樣本中獲得更多信息。

得益于機(jī)械強(qiáng)度,、傳導(dǎo)性和熱穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)，碳膜是一種wan mei的支持膜材料,。常規(guī)碳沉積方法重復(fù)性差,，導(dǎo)致超薄碳膜的制備過程耗時(shí)耗力。通過這種方法所制備的碳膜結(jié)構(gòu)和質(zhì)量,，主要由碳蒸發(fā)參數(shù)決定,，包括蒸發(fā)模式、真空度,、蒸發(fā)率,、工作距離和溫度。在詳細(xì)探討這些參數(shù)以及高質(zhì)量無定形碳膜的蒸發(fā)制備之前,，我們必須先定義碳支持膜的“質(zhì)量”標(biāo)準(zhǔn),，然后再討論廣泛適用于電子顯微鏡應(yīng)用的碳支持膜需要滿足哪些條件。

• 對(duì)電子高透明度：支持膜的厚度和密度對(duì)圖像的襯度和分辨率有重要的影響,。當(dāng)支持膜的 質(zhì)厚與樣品相當(dāng)時(shí),，就會(huì)減弱圖像中結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的強(qiáng)度。

然而，滿足上述條件的碳支持膜只是制備合格TEM樣品的第一步,。第二步是將樣本添加至碳支持膜上,。通常，樣本分散于水或溶劑中，其中經(jīng)常會(huì)含有剩余的反應(yīng)產(chǎn)物（例如表面活性劑,、封端劑等）,，這些物質(zhì)很難去除，是TEM測(cè)試的污染源之一,。即便在添加樣本之前預(yù)先清潔碳支持膜,，樣本本身也還會(huì)引入污染物，并通過支持膜表面擴(kuò)散至目標(biāo)區(qū)域,，在電子束作用下分解,，并發(fā)生聚合反應(yīng)產(chǎn)生碳堆積，削弱樣品信號(hào)強(qiáng)度,。很明顯,，用于TEM樣本制備時(shí)，碳支持膜還需要滿足其它條件：

• 支持膜需要具備較好的機(jī)械穩(wěn)定性，以便在研究過程中進(jìn)行操作,。

• 支持膜應(yīng)能夠耐受其它后處理步驟,，例如為清除污染物而執(zhí)行的高真空加熱處理。

   

制備超薄碳膜時(shí)可以使用多種方法，其中,，常用的是將一層5 nm的非晶碳蒸鍍?cè)诰酆衔镏С帜ど?/strong>（聚合物可以是Formvar,、Butvar、Collodion等）,，隨后將聚合物膜溶解,。但是這種方法會(huì)導(dǎo)致剩余的碳膜產(chǎn)生褶皺。

另外,，未溶解的聚合物會(huì)導(dǎo)致碳支持膜膜不均勻或引入雜質(zhì),。另一種適合制備超薄碳膜的方法，是直接將碳膜蒸鍍?cè)趧偹洪_的云母片上,，并在水中分離碳膜,，再將其轉(zhuǎn)移到Quantifoil或多孔碳膜上。為優(yōu)化碳支持膜的穩(wěn)定性和電荷消散性能,，并減少成像過程中的振動(dòng),，支撐結(jié)構(gòu)也bi bu ke shao。

我們可以通過不同的碳蒸鍍方法獲得非晶碳膜，其中電弧蒸發(fā)預(yù)成型石墨棒是zui chang yong方法,。在該制備過程中,，在支持膜上容易沉積形成大顆粒，導(dǎo)致厚度分布不均勻,。另一個(gè)缺點(diǎn)是蒸鍍過程中的輻射熱會(huì)損傷對(duì)溫度敏感的樣品,，導(dǎo)致碳膜產(chǎn)生褶皺，而且會(huì)形成尺寸較大的碳簇,。同時(shí),，蒸鍍過程中大幅提升的壓力也會(huì)進(jìn)一步促使這些碳簇形成（粒度變大）。

由此會(huì)導(dǎo)致在3-5 nm厚度的碳膜上,，形成十分粗糙的表面,。同時(shí)，高熱量也會(huì)影響石英晶振片的振蕩頻率,，導(dǎo)致很難精確地,、重復(fù)地制備碳膜。另外,，高能蒸鍍的碳顆粒會(huì)形成較強(qiáng)的粘附作用,，導(dǎo)致很難從云母基材上分離碳膜。很明顯,，碳棒蒸發(fā)并不是重復(fù)地制備光滑超薄3 nm碳膜的*佳方法,。

自適配的碳線蒸發(fā)技術(shù)可精準(zhǔn)地,、靈活地制備碳涂層，而且其適用性遠(yuǎn)超本應(yīng)用案例中介紹的超薄碳膜,。它的高靈活性得益于其du te的自適配工藝和多段設(shè)置方式,。除蒸發(fā)模式外，電子設(shè)備也十分重要,，尤其是蒸鍍對(duì)均勻性和精確性高要求的超薄薄膜時(shí),。我們能夠通過多次蒸鍍獲得超薄碳膜，整個(gè)過程可以設(shè)置由4組碳絲以脈沖模式進(jìn)行蒸鍍,，達(dá)到*高的精確性,。

每次脈沖蒸鍍過程后，都會(huì)測(cè)定碳膜的厚度和剩余碳絲的狀態(tài),，以此為下一次脈沖調(diào)整參數(shù),。蒸鍍過程中穩(wěn)定的高真空狀態(tài)（5x10-6 mbar）可以使超薄碳層沉積的更均勻。通過該方法沉積的碳膜無任何內(nèi)部結(jié)構(gòu),、不平整表面和污染物,。另外,，輻射到樣本的熱量也會(huì)顯著減少。如上圖所示,，濾紙上連續(xù)地沉積了不同厚度的碳膜,，從左至右厚度分別為：1、2,、3,、4和5 nm。另外,，碳絲蒸鍍技術(shù)能均勻制備大面積樣品,。下圖顯示了碳膜制備之前(A)和之后(B)大約10厘米的圓形濾紙狀態(tài)。

碳絲蒸鍍技術(shù)更重要的優(yōu)勢(shì)是兼具靈活性和可重復(fù)性,。非晶碳膜的性能高度依賴于蒸鍍的參數(shù),，例如蒸發(fā)率、真空和使用的模式等,。一旦蒸鍍方案經(jīng)過優(yōu)化并保存后,，就能夠可靠地、重復(fù)地制備一樣性能的碳膜,。由于碳膜始終是繁復(fù)的樣品制備流程的一部分,，因此可重復(fù)性至關(guān)重要。

不同于Quantifoil支持膜（參見圖F）,，多孔板上的超薄膜非常干凈、均勻,。通過擴(kuò)散樣品方法制備TEM樣品的*佳程序是：用鑷子固定載網(wǎng),，然后滴入一小滴分散液（約5 µl）。然后,，將載網(wǎng)邊緣放在濾紙上,，吸干多余的液體。必要時(shí),，可對(duì)超薄碳膜進(jìn)行輝光放電或等離子體清洗（低泡沫,，5%的氧氣，持續(xù)約30秒）,。下圖展示了常規(guī)碳膜（左圖,，15 nm碳）和超薄碳膜（右圖，3 nm）之間的區(qū)別,。其中,，右圖可以清楚地看到CdSe晶格點(diǎn)陣。

圖像由Eva Bladt和Sara Bals提供（安特衛(wèi)普大學(xué)EMAT）

樣品來源：Daniel Vanmaekelbergh,，荷蘭烏得勒支大學(xué)德拜納米材料科學(xué)研究所