扫描电镜研究分子筛形貌中
                  制样方法及试验条件对图像质量的影响
                                   黄文氢
           （中国石油化工股份有限公司北京化工研究院　　北京100013）

１. 引　言
    电镜(EM)观察分子筛形貌及结构是分子筛表征的最直观有效的方法。借助透射电镜(TEM)电镜可以看到分子筛孔道的排列状况,扫描电镜（SEM）观察可以直观检测分子筛颗粒形貌或晶粒晶貌。近几年来，随着扫描电镜的发展，分辨率大大提高，由于场发射枪的成功应用，使商品扫描电镜的分辨率提高到几个纳米的水平，这就可以使我们直接利用扫描电镜来观察纳米级样品的形貌。由于扫描电镜制样比透射电镜简单得多，这样对纳米级样品的形貌观察提供了极大的方便。但随着分辨率的提高，对试样的制备也有了更高的要求，因此对扫描电镜样品制备的研究就有相当重要的意义。本文着重研究了MCM-41分子筛制样方法及测试条件对扫描电镜图像质量的影响。
２. 试验部分
２．１ 仪器及材料
    高真空离子溅射镀膜机：型号：Sputter Coating SCD005, 芬兰BAL-TEC公司生产。
    扫描电镜：型号：XL-30型场发射环境扫描电镜，美国FEI公司生产。扫描电镜主要指标：分辨率2.0nm/30KV，放大倍数20x～500Kx。
２．２ 试样
    试样：MCM-41-1,复旦大学提供；MCM-41-2，化工大学提供。
２．3 试验条件及方法：
    将粉末样品以1%-2%的浓度分散在乙醇中，超声分散10分钟后，直接将混浊液滴于样品台上，然后再进行喷金镀膜处理。离子溅射仪工作距离为50mm, 真空度0.05mbar， 电流控制在30mA，溅射时间40-60秒，喷金厚度大于5nm。放入扫描电镜抽真空，施加一定电压，调整束斑尺寸，聚焦清晰后，获取形貌和结构图像。
３. 结果与讨论
3.1 镀膜方法的研究
    由于分子筛样品导电性能较差，直接观测扫描电镜放电明显，样品放电现象如图1a所示，因此，我们采用高真空离子镀膜机对样品进行喷金处理，提高样品导电性能。随着分辨率的提高，对试样的制备也有了更高的要求，最主要表现在，导电性差的试样表面对导电层的喷涂有很高的要求，对于场发射扫描电镜由于分辨率高，观察放大倍数可达20-30万倍，如果镀金较厚，镀层的金颗粒会被明显地观察到，从而影响样品结构的观察，如图1b所示，因此镀膜厚度须严格控制。

    实验采用金箔作为靶材，研究介孔分子筛MCM-41的镀膜方法，研究了溅射时间、电流控制与喷金厚度的关系。实验条件为离子溅射仪工作距离为50mm, 真空度0.05mbar， 电流控制在30mA，不同溅射时间下喷金厚度对图像质量的影响结果如表1所示，相对应的扫描电镜照片如图2a，b，c所示，扫描电镜操作参数相同，工作电压15kv。

3.2 不同制样方法的影响
    制样方法1: 将双面导电胶纸粘贴在样品台上，再将粉末样品均匀地散落在导电胶纸之上粘牢，用吸尔球吹扫几次，以免粉末散落在系统中，然后再进行喷金镀膜处理。
    制样方法2: 将粉末样品以1%-2%的浓度分散在乙醇中，超声分散10分钟后，直接将混浊液滴于样品台上，然后再进行喷金镀膜处理。
    对于MCM-41-1粉末样品，其颗粒度均匀，得到的扫描电镜照片如图3a,b所示。对于MCM-41-2粉末样品，采用制样方法1所得的分子筛样品形貌如图4a,b所示，采用制样方法2所得的分子筛样品形貌如图4c所示，虽然样品颗粒有所分散，但超声分散并不能解决样品本身的问题，合成出的样品颗粒不匀，分散不好，即使采用不同的制样方法，样品的分散程度还是无法得到根本的解决。

3.2 加速电压对SEM图像质量的影响
    实验对介孔分子筛MCM-41-1样品进行观察，分别考察电压为10Kv, 15Kv, 20Kv和30Kv下，样品的同一位置的形貌，获取的SEM图像分别如图5a, b, c, d所示。试验结果表明，介孔分子筛MCM-41较佳的工作电压为15Kv，在实验过程对不同样品的加速电压的调整是获得质量较高图像的保证。

3.2 工作距离对SEM图像质量的影响
    实验发现对于MCM-41，工作距离对图像还是有一定的影响。如图6a,b,c所示分别为工作距离5mm,7.5mm,10mm的图像，很明显，工作距离越小时图像越清晰。

４. 结　论
    分子筛导电性较差，要获取好的扫描电镜图像样品必须经过镀膜处理。对于介孔分子筛MCM-41,由于其导电性相对较好，镀膜厚度在5-8nm较好。分子筛的本身性质如形态、分散程度对成像质量影响较大，制样方法不同，得到的形貌也有一定差别。扫描电镜的试验条件如加速电压、工作距离对图像质量存在一定的影响，因此，扫描电镜的制样要根据样品特点和研究目的选用合适的制样方法和试验条件。

参考文献（略）