[發明專利]一種原位電學TEM樣品的制備方法

有效

• 申請號: 202010079041.X
• 申請日: 2020-02-03
• 公開（公告）號: CN111238894B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 周峒;李超;羅俊
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N23/2202;G01N23/20008
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張宏祥

本發明公開了一種原位電學TEM樣品的制備方法。先用磁控濺射法連接電極材料和固態電解質，然后將電極/電解質材料置于聚焦離子束?電子束雙束電子顯微鏡內，表面沉積保護層，刻蝕切斷并提取出TEM薄片。將原位加熱芯片循環電極打斷，改裝為雙電極加電芯片，并與TEM薄片連接，雙向剪薄至200nm左右后去除非晶層至100nm以下，得到原位電學TEM樣品。本發明提供了一種原位電學TEM樣品的制備方法，將掃描電子顯微學與原位透射電子顯微學結合，實現在工況條件、微觀尺度上動態觀察電極/電解質界面或電極內部界面的電荷分布。制備工藝簡單、普適性高。

技術領域

本發明是關于一種透射電子顯微鏡(TEM)樣品的，特別涉及一種可以在原位加電環境中研究材料結構和性質變化的TEM樣品的制備方法。

背景技術

TEM表征大多是靜態的，由此的到的是材料在平衡狀態下的穩定結構，也被稱作非原位表征。非原位通常難以對在工況條件下材料的結構演變進行捕捉與表征，這就阻礙了對其真實構效關系的構建，也難以從結構衰退方面對材料進行優化。半原位電子顯微表征對材料的結構與性能關聯研究方面又邁進了一步，將材料在電鏡外完成反應后放入電鏡觀察，通過對比反應前后的樣品結構轉變來推測其反應過程。原位電子顯微學(in-situ TEM)表征和實驗同時在電鏡內進行，即在傳統電鏡表征的基礎上對樣品施加外場(如力、熱、電、磁和電子束等)觀測其結構的實時演變過程，做到真實、動態還原材料在反應過程中的表現。近年來，原位電子顯微學逐漸成為了材料研究中最有前景的表征方法之一，因為它不僅保持了傳統TEM高空間分辨率和能量分辨率的優點，同時還可以將樣品的結構變化與施加的力、熱、光、電、磁和環境等外場對應起來度探索材料的構效關系，對于反應機理和結構演變等的研究有著獨特的優勢。可充電電池日益被視為減輕與化石燃料過度依賴有關的問題的重要手段，因為它們可以用作可再生能源(如風能和太陽能)的存儲設備，以及作為環保車輛(全電動和混合動力)的動力源。但它們的廣泛應用受到固體電解質/電極或電極內部之間的極大的界面電阻的限制。若可以在工況條件、微觀尺度上動態觀察電位及其在電極/電解質界面或電極內部界面上的分布，將有助于識別電阻源，從而通過納米工程和材料設計的結合開發出更高效、更耐用的電池。

聚焦離子束-電子束電鏡(FIB-SEM)，以其高分辨率電子束成像及高強度聚焦離子束微納米級精密加工功能，現在已經是材料科學領域主流的微納加工設備，能夠在深亞微米器件分析和微細加工領域發揮重要作用。如果能夠將FIB在微納器件加工的優勢與原位電鏡技術相關聯，即可實現工況條件下、微觀尺度動態觀察電位及其在電極/電解質界面或電極內部界面上的分布的要求，可有助于識別電阻源從而優化電池結構。更會促進微納材料領域對于結構與性能關系連接的發展。基于這種思想，開發一種利用聚焦離子束制備原位加電的TEM樣品的方法，是本專利申請的核心思想。

發明內容

本發明的目的，是為了克服目前非原位表征中無法直接觀測到材料微觀結構和性能的連續變化的缺點，為使得材料性能更接近材料真實服役的情況而提供一種利用聚焦離子束制備原位電學TEM樣品的方法。

本發明通過如下技術方案予以實現：

一種原位電學TEM樣品的制備方法，具體步驟如下：

(1)采用磁控濺射方法連接電極材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂，縮寫為NCM811，與固態電解質Li₆PS₅Cl，縮寫為LPSCl；

在壓強為2Pa，功率60W-100W的條件下濺射15min-50min，在電極材料上覆蓋100nm-800nm的固態電解質，制得電極/電解質材料；

(2)將步驟(1)的電極/電解質材料置入聚焦離子束-電子束雙束電子顯微鏡中；