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生命环境研究公共技术平台冷冻透射电子显微镜拓展功能——固态电解质高分辨像拍摄方法
作者:李小菊 隋海燕 王延涛     时间:2022-04-30     点击数:

生命环境研究公共技术平台的冷冻透射电子显微镜型号是Tecai G2 F20,配备有gatan626冷冻样品杆(如图1所示)。利用该设备,在为用户进行测试过程中,平台人员摸索了一种LiPxSy固态电解质高分辨像的拍摄方法,近期该方法以题为“普通冷冻透射电子显微镜表征LiPxSy类固态电解质高分辨像的方法”发表于《电子显微学报》,现将该方法简介如下,有相关需求的用户可来平台进行探索测试。

图1.场发射冷冻透射电子显微镜(Tecai G2 F20)和gatan626冷冻样品杆

该类固态电解质材料是由中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊课题组的王延涛博士生提供,据用户描述,该材料对水很敏感,接触空气后就会损伤变性,其前期找了一些专业的冷冻机构均很难获取冷冻高分辨像。

首先,我们通过冷冻转移手段,使硫化物固态电解质样品离开氩气保护后即全程在液氮中进行,避免了样品在转移过程中的化学反应变性;利用透射电子显微镜的选区电子衍射进行了固态硫化物电解质的物相确认。但是,该材料在低温下获取高分辨非常困难,最奇怪的地方,这类样品低温时仅仅放大到五万倍,样品就虚化得特别快。

在尝试低温low dose模式无法获取高分辨晶格像后,我们认为是冷冻转移凝结冰层在电子束照射下和样品反应的原因。用户说仅仅是Li、P、S类元素,不含H、O等类,因此我们推测如排除水的影响,常温下有希望拍出高分辨像,因此进行了一系列的探索实验。最终,在利用冷冻保留电解质物相的基础上,通过采取合理升温的措施后,常温表征这些电解质材料,可以获得较为理想的结果。此升温过程中,冷冻样品杆的shutter需保持打开状态,此时碳膜上样品直接暴露在镜筒中,样品表面凝结的冰在冷冻样品杆升温过程中可有效升华到高真空镜筒中,从而不影响常温表征。

利用配备有直接电子探测相机的高端冷冻透射电子显微镜表征电池类、敏感类材料的高分辨晶格像是如今的研究热点之一,可实现在低电子剂量下采集录像,利用MotionCor2、FOCUS等软件校正漂移,采用EMAN2软件进行低衬度的高分辨图像叠加。我平台冷冻透射电子显微镜受限于普通CCD相机,无法实现由低剂量图像采集而后叠加获取高分辨像的方法,因此进行了上述实验摸索,发现也可以完成一些特殊材料的显微结构表征。