離子研磨儀是一種用于處理材料樣品的設備，常用于掃描電鏡制樣過(guò)程中。它通過(guò)使用離子束來(lái)去除樣品表面的材料，從而制備平整的表面。這種設備在掃描電鏡和其他材料分析儀器的樣品制備過(guò)程中，用于獲得高質(zhì)量的樣品表面以進(jìn)行分析和觀(guān)察。

那么，掃描電鏡在什么情況下需要搭配離子研磨儀？

如果你沒(méi)有從掃描電鏡圖片中獲得你想要的信息，在掃描電鏡功能一切正常的前提下，極有可能是樣品制備不夠成功導致的。

以下兩個(gè)案例將直觀(guān)地說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題：

01 錫球焊接分析

未使用離子研磨儀制樣（飛納臺式電鏡拍攝）

使用離子研磨儀制樣（飛納臺式電鏡拍攝）

說(shuō)明：如果不使用離子研磨儀，就無(wú)法用掃描電鏡觀(guān)察到錫球焊接處的缺陷

02 陶瓷

未使用離子研磨儀制樣（飛納臺式電鏡拍攝）

使用離子研磨儀制樣（飛納臺式電鏡拍攝）

說(shuō)明：如果不使用離子研磨儀，就無(wú)法用掃描電鏡觀(guān)察到陶瓷晶粒和富集相的正確位置 

因此，使用離子研磨儀后，將有助于得到材料表面更豐富更準確的形貌信息。對于一般的內部結構觀(guān)察，使用傳統的機械研磨即可以達到需要的分析效果，但是對于某些精度要求較高或是機械研磨外部應力會(huì )產(chǎn)生影響的情況下，使用高精度、無(wú)應力的、無(wú)接觸式的研磨——離子研磨就很有必要。電子行業(yè)通常要求精度較高的結構分析，例如細微失效缺陷分析；或是對處理應力有較高要求的缺陷分析，例如樹(shù)脂與玻纖布的結合，銅箔厚度的仲裁測量等；這類(lèi)情況下傳統的機械研磨就無(wú)法再達到預期的觀(guān)察效果。

Part 01 什么是機械研磨？

機械研磨作為常用的粗樣制備手段，通常的機械研磨和拋光會(huì )在表面上形成 1 nm 至 100 nm 厚度的非晶層，稱(chēng)為 Beilby 層。Beilby 層會(huì )掩蓋住大部分的樣品真實(shí)信息，對掃描電鏡表征產(chǎn)生很大的影響。特別對于常見(jiàn)的金剛石拋光技術(shù)，因為它會(huì )使表面的晶粒變形，從而影響表征結果（例如金相樣品）。離子研磨技術(shù)則克服了上述所有困難，從而提供了高分辨率表征所需的表面光潔度。

Part 02 什么是離子研磨？

離子研磨實(shí)現的過(guò)程中，首先通過(guò)一個(gè)高壓電極來(lái)對氬氣進(jìn)行電離，從而形成氬離子；繼而再通過(guò)一個(gè)高壓電場(chǎng)來(lái)對氬離子實(shí)施加速，經(jīng)過(guò)帶有偏轉電場(chǎng)的離子槍頭，使其形成離子束對需要研磨的樣品進(jìn)行轟擊，將樣品表面物質(zhì)以原子的形態(tài)清除出去，以使得樣品達到無(wú)應力研磨的效果。如圖 1 所示。在整個(gè)過(guò)程中會(huì )調整一些參數，例如離子能量，離子束入射角，以?xún)?yōu)化樣品制備時(shí)間和表面質(zhì)量。

離子研磨原理

臺式場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡能譜一體機搭配離子研磨儀，可以輕松高效地研究隱藏在表象下豐富準確的材料表面形貌成分信息，為用戶(hù)帶來(lái)最高的性?xún)r(jià)比體驗。

全自動(dòng)離子研磨儀 SEMPrep2 最多可配備兩支離子槍。高能量離子槍進(jìn)行快速切削，低能量離子槍用于表面的精細拋光和清潔，制備適用于制備高品質(zhì)的無(wú)損傷樣品?？蛇x配更強大的 16 keV 超高能量離子槍用于超硬材料和更快速切削樣本?？蛇x配液氮或 Peltier 冷卻臺，保護對熱敏感的樣品。該設備具備的氣鎖系統，有利于大通量樣本 快速交換，顯著(zhù)縮短換樣時(shí)間。全自動(dòng)化的操作系統，可編程，保存和再現制樣參數，避免不同操作者的造成的人為差異。

下面是臺式場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡能譜一體機搭配離子研磨儀應用案例。

案例研究一：鋰電池負極材料內部結構

為了研究不同循環(huán)次數與充電速率下鋰電池負極石墨顆粒內裂紋的形成，需要對顆粒截面微觀(guān)結構進(jìn)行研究。鋰電池材質(zhì)較軟，機械拋光或切割會(huì )破壞顆粒，因此需要離子研磨進(jìn)行樣品制備以準確分析材料的微觀(guān)結構。

鋰電池負極石墨顆?！词褂秒x子研磨儀制樣（飛納臺式掃描電鏡拍攝）

鋰電池負極石墨顆?！褂?離子研磨儀切開(kāi)負極材料粉末顆粒（飛納臺式掃描電鏡拍攝）

案例研究二：鋁合金夾雜物

離子研磨儀處理鋁合金表面后，使用飛納臺式掃描電鏡能譜一體機，即刻就能分析鋁合金材料表面的形貌和成分。夾雜是鑄造鋁合金中普遍存在的問(wèn)題，夾雜物的檢測對于鑄件的質(zhì)量控制非常重要。