透射电镜（TEM）载网：结构、种类、选择及应用

二、TEM 载网的种类

2.1 裸网

圆孔裸网：多为国产，通过腐蚀法制备而成。其网孔呈圆形，在一些对网孔形状要求不高、注重成本的实验中较为常用 。

方孔裸网：一般为进口产品，采用电沉积方法制作。方孔网的网格更为规整，孔的尺寸可以做得更小，适用于对样品定位精度要求较高的实验 。

坐标网：在裸网格上刻有字母或数字，这一设计方便科研人员标记样品在载网上的位置，尤其是在需要对多个样品进行精准定位和反复观察的实验中，坐标网能够大大提高工作效率 。

2.2 载网膜

方华支持膜：主要成分是聚乙烯醇缩甲醛，是一种纯有机膜。其厚度通常在 10nm 左右，具有较好的弹性，在 TEM 观察时背底影响较小。然而，由于导电性不佳，在电子束照射下，容易因高温或电荷积累导致样品漂移甚至膜破损，因此常用于 100kV 电镜下的生物样品观察 。

碳支持膜：这是最为常用的支持膜之一，具有三层结构，从下至上依次为裸网、方华膜和碳膜 。碳层的存在增强了膜的导电性和导热性，有效弥补了无碳方华膜的荷电效应和热效应，提高了膜整体的稳定性，适用于大多数纳米材料和生物样品的一般形貌观察 。

微栅膜：为解决碳支持膜在高分辨观察时的背底问题而设计。微栅膜上特意制作了微孔，孔径从几百纳米到几微米不等 。样品可以搭载在孔的边缘，孔内部分可实现无背底观察，显著提高了成像衬度，特别适合观察管状、棒状、纳米团聚物等样品的高分辨像及 mapping 分析 。

超薄碳膜：在微栅的基础上再镀一层超薄碳层，碳膜厚度小于 5nm 。这种载网膜适用于纳米级小颗粒样品，薄碳层将微孔挡住，小颗粒样品可分散在超薄膜上，在高分辨观察时能尽量减少膜衬度的影响 。

纯碳膜：当样品使用的有机溶剂（如氯仿、甲苯等）能够溶解方华膜时，需要去除方华膜，仅保留碳膜，即形成纯碳膜 。其碳膜厚度通常为 20nm 左右，在高分辨观察时背底影响相对明显，但在特定的有机溶剂体系中具有不可替代的作用 。

其他特殊载网膜

双联载网支持膜：将两片载网膜连接在一起，负载样品后形成三明治结构，能够加强对样品的固定。在研究磁性材料时，可避免材料吸附到透射电镜的极靴上 。

氮化硅薄膜载网：以硅为基本支撑，无定形的氮化硅 Si₃N₄为观察窗口。与碳类载网膜相比，氮化硅膜具有耐酸、耐高温的特性，且无碳元素的干扰，适用于在酸性条件下制备样品以及 1000 摄氏度的高温环境中的 TEM 观察 。

石墨烯支持膜：石墨烯具有良好的导电性、耐高温、耐腐蚀以及耐电子束轰击的特性，并且衬度很低 。使用石墨烯支持膜可显著提高样品观察时的衬度和稳定性，但由于石墨烯本身的结晶特性，在高分辨下其有序结构可能会对观察晶体结构产生一定影响 。

三、TEM 载网的选择原则

3.1 根据样品特性选择

样品尺度：对于纳米级别的小颗粒样品，如果颗粒直径在 10nm 以下且分散性较好，超薄碳膜载网是较为合适的选择，它能够减少膜衬度对小颗粒样品高分辨观察的影响；而对于较大尺寸的线状、片状样品，微栅膜载网可使样品搭载在孔边缘，实现无背底观察 。

样品导电性：如果样品本身导电性较差，在电子束照射下容易产生电荷积累，导致样品漂移或成像质量下降，此时应选择具有良好导电性的载网，如碳支持膜载网。碳层能够有效传导电荷，减少荷电效应 。

样品化学性质：若样品具有腐蚀性，如酸性样品，普通的铜网可能会被腐蚀，影响载网的稳定性和样品观察效果，此时应选用耐腐蚀的材质，如镍网或氮化硅薄膜载网 。对于在有机溶剂中制备的样品，若有机溶剂能溶解方华膜，则需选择纯碳膜载网 。

3.2 根据实验目的选择

形貌观察：如果实验目的主要是观察样品的一般形貌，碳支持膜载网能够满足大多数需求，它对各种常见样品具有较好的通用性，能够提供稳定的支撑和相对清晰的背景 。

高分辨成像：在进行高分辨成像实验时，为了获得更清晰的样品结构图像，减少膜背底的干扰至关重要。微栅膜载网和超薄碳膜载网在这方面具有优势，微栅膜可实现无背底观察，超薄碳膜能尽量降低膜衬度影响 。

能谱分析：当需要进行能谱分析特定元素时，要避免载网材质对分析结果的干扰。例如，分析铜元素时，不能选用铜载网，应选择镍、钼等其他材质的载网膜；分析碳元素时，为了避免载网本身碳元素的干扰，可使用氮化硅膜载网 。

3.3 根据实验条件选择

电镜电压：在较低电压（如 100kV）的电镜观察中，方华支持膜载网可能因对电子束的耐受性相对较好而被选用，其在低电压下的背底影响较小 。而在高电压电镜下，对载网的稳定性和导电性要求更高，碳支持膜等载网更能适应高电压环境 。

温度条件：对于需要在高温环境下进行 TEM 观察的实验，如研究材料在高温下的相变过程，应选择耐高温的载网材质，如钼网或氮化硅薄膜载网 。相反，在低温实验中，如冷冻电镜测试，需要选择能在低温下保持稳定的载网 。

四、TEM 载网的应用领域

4.1 材料科学

在材料科学领域，TEM 载网广泛应用于纳米材料、金属材料、陶瓷材料等的研究 。对于纳米材料，科研人员可以通过选择合适的载网，如微栅膜载网或超薄碳膜载网，观察纳米颗粒的尺寸、形状、分布以及内部结构，研究纳米材料的生长机制和性能 。在金属材料研究中，载网可用于承载金属薄膜样品，观察金属的晶体结构、位错等缺陷，为金属材料的性能优化提供微观依据 。对于陶瓷材料，TEM 载网帮助研究人员分析陶瓷的微观组织结构，如晶粒大小、晶界特征等，从而深入了解陶瓷材料的性能与微观结构之间的关系 。

4.2 生物学

在生物学研究中，TEM 载网对于观察生物样品的微观结构起着关键作用 。例如，在病毒研究中，科研人员可利用微栅膜载网，使病毒颗粒附着在微栅孔的边缘，通过 TEM 观察病毒的形态、大小以及病毒与宿主细胞的相互作用 。在细胞生物学研究中，载网可用于承载细胞切片，观察细胞内部的细胞器结构，如线粒体、内质网等，深入了解细胞的生理功能和病理变化 。对于生物大分子，如蛋白质、核酸等，可通过选择合适的载网和制样方法，利用 TEM 观察其分子结构和组装形式 。

4.3 纳米技术

纳米技术的发展离不开 TEM 载网的支持 。在纳米器件的制备和研究中，载网用于承载纳米级的器件组件，如纳米线、纳米管等，通过 TEM 观察其结构和性能，为纳米器件的优化设计提供指导 。在纳米复合材料的研究中，科研人员利用 TEM 载网观察纳米填料在基体材料中的分散情况、界面结合状态等，从而提高纳米复合材料的性能 。此外，在纳米材料的合成过程中，TEM 载网可用于实时观察纳米材料的生长过程，揭示其生长动力学机制 。

五、TEM 载网的亲水性处理

5.1 处理原因

许多 TEM 观察的样品具有亲水性，而直接制备的裸网及载网膜表面通常是疏水的，这不利于亲水性样品的吸附 。如果样品不能均匀、牢固地吸附在载网上，在 TEM 观察过程中可能会出现样品分布不均、脱落等问题，影响观察结果的准确性和可靠性 。

5.2 处理方法

常用的亲水性处理方法是使用含氧的等离子体进行处理 。通过射频辉光放电的方式产生氧等离子，在高频高压电场中，空气放电使氧气电离成氧等离子体 。氧等离子体与载网膜表面发生反应，生成一系列亲水性基团，从而使载网膜表面由疏水变为亲水 。例如，在实验室中，可利用等离子清洗仪产生柔和的氧等离子，对载网膜表面进行亲水性修饰 。经等离子处理前后，载网膜表面水的接触角会发生明显变化，处理前接触角较大，呈现疏水性；处理后接触角减小，表明表面变为亲水性 。

5.3 处理效果对样品制备的影响

对于亲水性样品，尤其是自组装结构样品的制备，载网膜表面的亲疏水性影响显著 。使用未经处理的疏水载网膜制备纤维素样品时，在 TEM 下观察到的样品数量少，且样品结构可能发生改变；而使用亲水化处理的载网膜，能够清晰地观察到纤维素的结构及聚集状态 。因此，对载网进行亲水性处理能够提高亲水性样品在载网上的吸附效果，保证样品在 TEM 观察中的稳定性和完整性，从而获得更准确、高质量的观察结果 。

六、结论

TEM 载网作为 TEM 样品制备过程中的关键组件，其结构、材质、种类的多样性为科研工作者提供了丰富的选择 。在实际应用中，根据样品的特性、实验目的和实验条件，精准选择合适的载网，并对载网进行必要的处理（如亲水性处理），对于获得高质量的 TEM 观察结果至关重要 。从材料科学到生物学，从纳米技术到其他众多科研领域，TEM 载网都发挥着不可或缺的作用，助力科研人员深入探索微观世界的奥秘，推动科学技术的不断进步 。随着科研需求的不断提高和技术的持续发展，TEM 载网也将不断创新和优化，为科研工作提供更强大的支持 。返回搜狐，查看更多