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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程中。它通過使用離子束來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程中，用于獲得高質(zhì)量的樣品表面以進行分析和觀察。

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。

以下兩個案例將直觀地說明這個問題：

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）

說明：如果不使用離子研磨儀，就無法用掃描電鏡觀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）

說明：如果不使用離子研磨儀，就無法用掃描電鏡觀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(nèi)部結構觀察，使用傳統(tǒng)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產(chǎn)生影響的情況下，使用高精度、無應力的、無接觸式的研磨——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，例如樹脂與玻纖布的結合，銅箔厚度的仲裁測量等；這類情況下傳統(tǒng)的機械研磨就無法再達到預期的觀察效果。

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在表面上形成 1 nm 至 100 nm 厚度的非晶層，稱為 Beilby 層。Beilby 層會掩蓋住大部分的樣品真實信息，對掃描電鏡表征產(chǎn)生很大的影響。特別對于常見的金剛石拋光技術，因為它會使表面的晶粒變形，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？

離子研磨實現(xiàn)的過程中，首先通過一個高壓電極來對氬氣進行電離，從而形成氬離子；繼而再通過一個高壓電場來對氬離子實施加速，經(jīng)過帶有偏轉(zhuǎn)電場的離子槍頭，使其形成離子束對需要研磨的樣品進行轟擊，將樣品表面物質(zhì)以原子的形態(tài)清除出去，以使得樣品達到無應力研磨的效果。如圖 1 所示。在整個過程中會調(diào)整一些參數(shù)，例如離子能量，離子束入射角，以優(yōu)化樣品制備時間和表面質(zhì)量。

離子研磨原理

臺式場發(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，為用戶帶來最高的性價比體驗。

全自動離子研磨儀 SEMPrep2 最多可配備兩支離子槍。高能量離子槍進行快速切削，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)的無損傷樣品。可選配更強大的 16 keV 超高能量離子槍用于超硬材料和更快速切削樣本。可選配液氮或 Peltier 冷卻臺，保護對熱敏感的樣品。該設備具備的氣鎖系統(tǒng)，有利于大通量樣本 快速交換，顯著縮短換樣時間。全自動化的操作系統(tǒng)，可編程，保存和再現(xiàn)制樣參數(shù)，避免不同操作者的造成的人為差異。

下面是臺式場發(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(nèi)部結構

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

鋰電池負極石墨顆粒——未使用離子研磨儀制樣（飛納臺式掃描電鏡拍攝）

鋰電池負極石墨顆粒——使用 離子研磨儀切開負極材料粉末顆粒（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題，夾雜物的檢測對于鑄件的質(zhì)量控制非常重要。