超薄碳支持膜改善纳米颗粒的STEM-EELS分析

随着像差校正透射电子显微镜以及单色仪和光谱仪技术的进一步发展，通过电子能量损失谱（EELS）获得的能量分辨率已经提高至100 meV以上。然而，由于需要支持膜，对单独的纳米材料进行STEM-EELS分析时存在一定的难度。在这些实验中，至关重要的一点是使用极高均匀度、清洁度的碳膜。

此前报告显示，很多市售网格中包含大量的石墨结构和碳氢化合物分子，导致分析异常困难。厚度差异和碳支持膜缺陷会导致背景差分失准，妨碍定量、甚至定性EELS分析。碳支持膜应尽可能薄，以消除强碳边缘在低损耗区域引起的严重变形。因此3 nm的超薄碳膜对最 大程度减少EELS数据采集过程中基板产生的信号至关重要。

图1: 图像由Eva Bladt、Nicolas Gauquelin、Jo Verbeeck和Sara Bals获取（安特卫普大学EMAT）

图1a和1b显示了CdSe量子板在覆盖在Quantfoil上的3 nm碳膜上的扩散情况（参见使用说明“超薄碳膜”）超薄碳膜也可以覆盖在多孔碳膜上，但是为了显示减少的厚度，故使用Quantifoil作为参考。成像超薄碳膜上的量子板可以反映出其均匀的厚度。

虽然徕卡EM ACE600可以制备出高质量的碳膜，但样本在显微镜下的表现还取决于很多其他因素。在本示例中，移动的碳氢化合物扩散到了样本表面的目标区域，并在电子束作用下实现了原位分解和聚合。这些变化在图像1c上清晰可见。扫描探针使目标区域的扩散碳氢化合物发生聚合作用。这种碳堆积会降低信号强度，甚至在EELS光谱造成密集的Ck边缘，影响其他元素的信号。尤其是在薄样本中，这种污染物堆积会构成总预计质量厚度的一大部分，因此影响十分明显。

样本污染物的构成十分复杂，有多种来源。如果碳氢化合物主要来自样本本身，则可以通过一些后期处理来减少碳氢化合物污染。在不影响样本或碳膜完整性的情况下，可以通过温和的等离子处理（使用低比例的氧气和低功率）去除污染物。本示例中介绍了一种更好的去除污染物的方法，即在高真空（5x10-7 mbar）和60摄氏度的温暖下烘烤数个小时。

作用原理是在高真空下通过轻微加热脱附污染物，从而防止将样本放置在电子显微镜下进行分析时产生气体。高真空加热处理后，污染物质基本被消除干净，样本可用于收集时间较长的STEM-EELS实验。由于量子板的厚度有限，因此在80 kV的条件下执行EELS分析时，可轻松获得量子板的厚度分布图。

总之，真空加热程序和在低电压下长时间静置两种方法都能充分发挥这些超薄碳膜的作用。此外，这些程序完全可再现，而且得益于可灵活适应的碳线涂层，分析因而变得十分精确、简单。