TEM载网支持膜现状及发展

 在透射电镜技术中，观察样品需要放置在特制的载网上，支持膜更是一种常见的样品载体形式，它的优劣会直接影响研究的结果。性能良好的支持膜应具备高透明度，在电镜下无可见结构，与所支持的各种样品不产生化学反应等性能。只有那些具有"自支持性"的样品才不需要额外的支持膜。但即使是自支持性样品仍然需要支持膜的帮助来减小样品漂移。本文介绍了几种常见支持膜及其选择。
1  几种常见支持膜
1.1 无孔碳支持膜系列
1.1.1  碳支持膜（Formvar Stabilized with Carbon Support Film）
        碳支持膜是在方华膜上再覆盖一层碳，是最常见并被广泛采用的支持膜，所以通常称碳支持膜。由于碳层具有抗热性和导电性，增强了方华膜的牢固性和稳定性，弥补了无碳方华膜的许多缺陷。喷镀的碳颗粒很细，通常小于1nm，200K倍率下，观察样品基本不受影响，所以是200kV电镜下观察纳米材料的最佳选择。膜总厚度通常为10-20nm。推荐选用230目载网。
1.1.2  纯碳支持膜（Carbon Support Film with a Removable Formvar Backing）
        纯碳支持膜是在载网的反面有一层可移除的方华膜，载网正面覆盖较厚的碳层，当必须使用有机溶剂分散样品，并盛放在支持膜上时，溶剂会将载网反面的有机层溶去，残留纯碳膜和被观察样品。与其它膜相比，碳的密度较高，散射能力较强，机械性能及化学稳定性好，进而可减少样品的热漂移，增强样品稳定性。对于较高温下处理的样品，也有明显的优势。但由于碳膜轻脆，盛放样品时需要更轻微的操作。又由于它比碳支持膜的碳层厚，背底影响较大，适合观察10nm以上的样品。膜总厚度为20-40nm。推荐选用400目载网。
1.1.3  薄纯碳支持膜（Thinner Pure Carbon Support Film）
        薄纯碳支持膜是没有附带任何有机层的薄型纯碳膜，它的厚度只有7-10nm，根据实验要求还可以更薄，达到3-7nm，由于膜层薄，观察样品时背底影响较小。适用于必须在有机溶剂中或高温下处理的特殊样品。特别适合分散性较好，带有机包覆层的核壳结构之类的纳米材料样品。在操作上由于碳膜轻脆，盛放样品时需要更轻微。膜总厚度为7-10nm。推荐选用400目载网。
1.1.4  超薄碳支持膜（Ultrathin Pure Carbon Film with no Formvar Backing on Lacey Carbon Support Film）
    超薄碳支持膜是在具有微孔支持膜（微栅）上再覆盖一层薄的碳层，碳层的厚度只有0.3-5nm。它是没有方华膜背底的纯碳膜，是目前最薄的支持膜。是针对观察10nm以下，分散性较好的纳米材料所生产的一款支持膜。用户可通过覆盖着超薄碳支持膜的微孔观察样品。膜层较其它种类的支持膜都要薄，所以可以获得很好的高分辨像。特别适用于低衬度的高分辨电镜，并且是能量过滤（Energy Filtering TEM）检测的理想支持膜产品。常见超薄碳支持膜厚度为3-5nm。推荐选用230目载网。
1.2 有孔碳支持膜系列
1.2.1  微栅支持膜（Lacey Support Film）
        微栅支持膜是具有微小孔洞的支持膜，微孔从0.25-8μm不等。由于微栅膜采用较特殊的有机材料，所以，其牢固性优于方华膜。采用微栅支持膜的主要目的是为了让样品能在空洞处或孔边缘观察样品，从而达到无背底观察的效果。如病毒或细菌颗粒一般会附着在微栅孔的边缘，一维纳米材料可搭载在微孔两端，因此没有基底物质的干扰。是高倍电镜下观察纳米结构像的最佳选择。更便于微束分析或获得单颗粒电子衍射像。常见孔径大约2-5μm。膜厚度为15-30nm。推荐选用230目载网。
1.2.2  纯碳微栅支持膜（A  Lacey Support Film with a Removable Formvar Backing）
    纯碳微栅支持膜是在载网的一面有一层可去除的有机膜，当放入溶剂中有机膜被溶去，铜网另一面的纯碳微栅膜不会受影响而保留下来。它既拥有纯碳支持膜耐有机溶剂腐蚀和耐高温等特点，又具备微栅支持膜在高倍电镜下观察样品高分辨像的优势。更便于微束分析或获得单颗粒电子衍射像。纯碳微栅支持膜总厚度:15-30nm。推荐选用230目载网。
1.2.3  FIB微栅支持膜（FIB Lacey Support Film）
        FIB微栅支持膜专用于FIB（聚焦离子束）分析技术领域，微栅中的微孔直径通常为8-15μm。由于它所承载的样品大多为微电子器件，所以要求膜面必须具有良好的样品黏附性。采用专用的定向标识载网。膜总厚度：15-30nm。推荐选用200目载网。
1.2.4  多孔碳支持膜（Holey Support Film）
        多孔支持膜是在支持膜上特意制作大小不同的微孔。与微栅支持膜不同的是微孔平均数量少于微栅，微孔大小不均，膜的面积占较大部分。主要功能体现在同一支持膜上，既能观察到样品的形貌又能观察到高分辨。在低倍下的支持膜膜上观察样品的形貌像，在高倍下的微孔上观察样品的高分辨像。这是一款适合纳米材料表征的新型的支持膜产品。膜的孔径大小约0.1-20μm。膜厚度为15-20nm。推荐选用230目载网。
1.2.5  Quantifoil规则多孔支持膜（Quantifoil Micromachined Holey Carbon Support Film）
        Quantifoil是精密排列有各种尺寸、形状网孔的多孔支持膜。与普通多孔碳膜相比， Quantifoil多孔碳膜固定的几何外形便于在透射电子显微镜（TEM）上进行自动化操作。 Quantifoil碳支持膜孔表面积大，可降低支持膜干扰造成的样品失真。多孔膜可用于支撑超薄碳膜，或直接作为较大样品的载体。这在电子衍射（ED）、电子能量损失谱(EELS)、电子能量损失谱成像和暗场成像中非常重要。此种膜还可应用于物质纳米特征研究，如生物大分子复合体在载体自由悬层的研究。新制碳膜一般具有较好的亲水性。膜孔径的定制范围为1-7μm。膜厚度为18-20nm。推荐选用200目载网。
1.2.6 C-flat纯碳多孔支持膜C-flat™ Holey Carbon Grids for cryo-TEM 
C-flat 是用于cryo-TEM的首选支持膜，不同于其他种类的多孔支持膜，C-flat多孔支持膜平整度高，较Quantifoil多孔支持膜纯净，没有残留有机层。由于其超高的平整度可使冰层平整和一致的颗粒分布。在cryo TEM下获得高分辨像，是样品进行单颗粒分析，低温三维重构和自动TEM分析的最好选择。

1.3 非碳材料支持膜
        非碳材料支持膜主要包括：无碳方华膜，镀金支持膜，镀锗支持膜，氧化硅支持膜，氮化硅薄膜窗格等。
1.3.1 无碳方华膜（Pure Formvar Support Film Only）
        无碳方华膜的化学成分是聚乙烯醇缩甲醛，可溶于二氯乙烷或三氯甲烷溶液，所形成的膜，强度高，透过率好。由于无碳方华膜是纯的有机膜，上面没有任何镀层物质，所以膜的弹性好，背底影响小，可支持多种样品观察。是承载超薄切片的理想材料，在观察纳米粉末等材料时，也表现的非常出色。但方华膜因导电性能不好，在电子束照射下，会因高温或电荷积累，引起局部受热碳化，产生局部黑斑，样品漂移，甚至使膜破碎，损伤被观察样品。通常在100kv电镜上使用较多。膜厚度通常为10-15nm。推荐选用200目载网。
1.3.2 镀金支持膜（Formvar Stabilized with Gold Support Film）
        镀金支持膜，主要用于不能以碳为衬底的电子显微表征。便于能谱（EDX）检测。由于金的化学性质非常稳定，可以用来校正电子显微镜的放大倍数和电子衍射相机长度，标定高分辨像的晶格条纹间距。膜厚度：10-20nm。推荐选用200目载网。
1.3.3  镀锗支持膜（Formvar Stabilized with Germanium Support Film）
        镀锗支持膜具有化学性质稳定，衬度好等优点，可以用来校正电子显微镜的放大倍数和电子衍射相机长度，标定高分辨像的晶格条纹间距。由于锗的原子序数低于金，所以产生的背底噪音优于金膜，可以改善像的衬度。
1.3.4  氮化硅薄膜窗格（Silicon Nitride Support Film）
        氮化硅薄膜窗格可以承受1000°C的高温。在高温条件下研究或制备纳米材料时，需要完全无定形的高强度氮化硅支持膜。最重要是，当对碳进行EDS分析时， 用户肯定不希望碳支持膜的存在。相比氮化硅薄膜，氧化硅薄膜更适合用于含氮样本。在EDS研究中，如基底薄膜含氮，则会与样品造成混淆。
1.3.5  氧化硅薄膜窗格（Silicon Monoxide Support Film）
        氧化硅支持膜弹性较好，适用于各种样品制备技术，在电子束轰击下比较稳定，衬度及亲水性较碳膜稍差。平整度较氮化硅薄膜窗格稍差一些。
        
1.4 特型载网支持膜
        除了我们通常使用的圆孔和方孔载网支持膜外，特殊应用时会选择一些特型载网制作的支持膜。如光圈载网，狭缝载网，双联载网等。
1.4.1光圈载网支持膜和狭缝载网支持膜（Support Film on Aperture / Slot Grids）
        光圈载网支持膜和狭缝载网支持膜通常用来蘸取连续超薄切片，由于其网格稀疏对组织结构极少遮挡。但因其网孔较大，支持膜制作成功率往往不高，通常采用增加支持膜厚度来增强支持膜的强度，但支持膜过厚，会影响样品的清晰度。
1.4.1双联载网支持膜（Support Film on Double Folding Grids）
        双联载网支持膜可以应用于磁性样品或者对支持膜附着力差的样品，使用时将样品架在双联网间，可对样品起到很好的固定作用，也可减少由于样品的不稳定性对电镜造成的污染。
        
2  支持膜的选择
        在电镜样品的表征方面，用户首先要确定何种载网，通常为铜、镍、金、钼等，然后确定支持膜的物理形态，例如无孔膜或有孔膜。然后选择支持膜的化学成分，例如碳、聚合物、氧化硅、氮化硅等。
        在制备碳膜时，载网需要十分洁净。若不太洁净，或是处理过几次的旧铜网，其表面将凹凸不平或者有尘埃。这样的铜网则不能是碳膜牢固贴附，在电子束照射下，碳膜将发生卷曲或破损。建议制备碳支持膜或样品时，铜网不要反复使用，影响样品的观察。
        一些用户要求支持膜的表面具有亲水性,这样样品可以在整个支持膜表面散开而不会堆积成滴。建议用户通过等离子清洗机（辉光放电）或者亲水性处理机来增加支持膜的亲水性。
        从镀层的实用效果和性价比来讲，通常使用镀碳膜，原因是碳支持膜要比非碳支持膜更加稳定。且镀碳成本低，碳颗粒细腻，背底影响小。但是，镀碳膜也有缺陷，如果镀碳不得当会给支持膜加入一些可辨结构，另外，对那些研究纳米或其他精细结构的人来讲，来自碳膜的结构经常会被曲解为来自样品的组织结构。   在选择“无孔”还是“有孔”的问题上，主要取决于样品与支持膜是否会因为背底受影响。如果对样品的分辨率要求较高，或背底影响形貌。选择“有孔”膜较适宜，观察的信息主要来自悬浮于孔上的样品部分，或是孔边缘的区域。
        在选择载网或镀膜的材料方面，主要是根据被检测样品的成分分析要求而定。通常选择与被测样品不同的材质做载体。例如：如果被测样品有铜元素，最好不用铜网，可选镍网等。如果被测样品有碳元素，最好不用碳膜，用其他镀层。
        选择一种正确的支持膜是观察样品的前提，准确选择支持膜是经过尝试从经验得来。为了满足各类研究工作的不同要求，我们根据需求统计，组合了不同类型的支持膜套装，帮助研究人员做出最好的选择。如：碳膜系列，无碳系列，孔膜系列，非铜网系列，高温系列等。随着电镜技术的普及与发展，对各类膜产品的需求会越来越专业化，对专业的膜产品质量要求也越来越高。从国内用户的反映和国外商家的反馈信息表明，我们的产品已经受到众多用户的青睐。相信我一定会走出一条民族产业化的膜科技之路。为电镜事业的发展做出贡献。