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研究显微镜解决方案
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利用聚焦离子束切割制备的纳米流体通道SEM图像，用于材料研究。

用于材料研究和三维表征的蔡司Crossbeam FIB-SEM

微米至纳米级二维和三维表征

聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）结合高分辨率成像与聚焦离子束精密材料加工功能。蔡司Crossbeam可在单一平台进行成像、三维分析与切割。

获取深埋结构、开展切片制备，实现纳米精度的体结构分析。

内容
SEM图像，显示了采用Crossbeam FIB-SEM显微镜分析得到的纳米级材料结构。

锂离子电池NMC正极材料三维重构，体尺寸136 µm×52 µm×50 µm；左侧为SE2信号图像序列，右侧为EDS面分布图（蓝色为活性NMC正极颗粒，黄色为粘结剂），由Crossbeam及Atlas 5采集。

借助可重复的高精度工作流，实现多尺度表征

全面的样品表征是材料研究的核心。科研人员需掌握结构与特性，以优化制备工艺与性能。材料的三维分析通常先确定待分析感兴趣区域，再进行可控式材料移除。蔡司Crossbeam结合场发射扫描电镜（FE-SEM）的成像和分析能力，搭配蔡司Ion-sculptor FIB镜筒，为研究带来显著优势，助您大幅提升科研工作效率。借助Crossbeam的多功能特性，进行以下工作流：

  • 截面切割
  • 三维断层扫描
  • 三维分析
  • 纳米加工
  • TEM薄片或APT样品制备
  • 低温研究
聚焦离子束切割制备的截面SEM图像，用于材料分析。
聚焦离子束切割制备的截面SEM图像，用于材料分析。
样品由德国斯图加特大学材料测试研究所的D. Willer提供

多层金属。由FIB制备的用于电池接点的银/镍/铜分层结构的截面，在四模式下使用所有探测器在1 kV时同时成像，顺时针从左上到右下：Inlens SE、SE、Inlens EsB以及Inlens SE与SE混合信号。
样品由德国斯图加特大学材料测试研究所的D. Willer提供

多层金属。由FIB制备的用于电池接点的银/镍/铜分层结构的截面，在四模式下使用所有探测器在1 kV时同时成像，顺时针从左上到右下：Inlens SE、SE、Inlens EsB以及Inlens SE与SE混合信号。

纳米级精度截面切割

实现材料三维表征，深入观察样品内部结构。FIB的高束流特性可实现快速块体材料去除。低能量精修降低样品制备损伤。切割过程中可进行实时SEM成像，实现样品制备过程“边切边观，分毫尽览”视图，能够持续检视并优化切割效果。

最终能够以高重复性完成开槽或高品质截面制备，有助于进行块体材料研究。

用于材料研究微纳结构分析的FIB-SEM三维断层扫描数据集。
固体氧化物电解电池。结合EDS分析的废旧固体氧化物电解电池的FIB-SEM三维断层扫描，感兴趣区域的下边长为38 µm。样品由瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的M. Cantoni提供。
样品由瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的M. Cantoni提供。

用于微纳结构分析和纳米加工的三维FIB-SEM断层扫描

可控离子束切割截面制备，可实现微纳结构三维观察。

Crossbeam提供手动和自动切割，可在长时间连续作业中保持稳定的切片厚度。Ion-sculptor FIB的机械与热稳定性可降低长时间断层扫描实验过程中的漂移，蔡司Gemini电子光学SEM镜筒则具备自动聚焦和自动像散校正等自动化功能，有助于在图像序列采集的整个过程中维持图像质量。

搭配蔡司Atlas 5，可实现样品体三维断层扫描，各向同性体素分辨率可达10 nm以下。如Crossbeam配置分析组件，可开展自动三维EDS和三维EBSD分析，从同一体积数据集中获取结构、化学组分及晶体学信息。

用于样品制备和材料分析的FIB-SEM工作流

核心功能

  • SEM图像，显示了采用聚焦离子束切割制备用于材料表征的TEM薄片。
    SEM图像，显示了采用聚焦离子束切割制备用于材料表征的TEM薄片。

    蔡司Crossbeam自动薄片制备成果。单次运行完成自动提取后，TEM载网的三个支柱均固定有从块体材料制备的薄片。请注意，每个薄片均按不同尺寸规格进行加工。

    蔡司Crossbeam自动薄片制备成果。单次运行完成自动提取后，TEM载网的三个支柱均固定有从块体材料制备的薄片。请注意，每个薄片均按不同尺寸规格进行加工。

    全自动、高灵活性TEM薄片制备工作流

    提升实验室效率、样品质量与结果可重复性。TEM薄片制备可实现材料特性的纳米级表征。

    根据不同材料调整FIB参数并建立参数库，制备多种尺寸的薄片，获取高质量样品。Crossbeam提供从开槽、提取到减薄的引导式工作流，切割过程实时SEM监测，终点定位可控。低电压FIB精修有助于降低敏感样品的非晶体化程度。对于无比珍贵的样品，手动完成全部工序；需要重复执行同类任务时，可选择自动运行。您可以根据实验需求进行相应选择。

    对于通量更高的应用场景，Crossbeam Samplefab可实现从块体到TEM载网的自动多位置工作流。

  • 在不到30秒的时间内，用飞秒激光在钢样品上切割出1 mm宽的截面，每边有200 µm的间隙。该模式可用于研究样品材料截面的显微结构，或作为后续FIB-SEM断层扫描的预准备。
    在不到30秒的时间内，用飞秒激光在钢样品上切割出1 mm宽的截面，每边有200 µm的间隙。该模式可用于研究样品材料截面的显微结构，或作为后续FIB-SEM断层扫描的预准备。

    在不到30秒的时间内，用飞秒激光在钢样品上切割出1 mm宽的截面，每边有200 µm的间隙。该模式可用于研究样品材料截面的显微结构，或作为后续FIB-SEM断层扫描的预准备。

    在不到30秒的时间内，用飞秒激光在钢样品上切割出1 mm宽的截面，每边有200 µm的间隙。该模式可用于研究样品材料截面的显微结构，或作为后续FIB-SEM断层扫描的预准备。

    借助蔡司LaserFIB快速获取深埋结构

    当需要快速去除大体积材料时，集成在Crossbeam上的蔡司LaserFIB飞秒激光可在数分钟内完成毫米级切割。
    从而实现了：

    • 快速获取深埋的感兴趣区域
    • 制备毫米级截面
    • 表面适配EBSD和EDS分析
    • 通过专用激光仓室进行碎屑处理以保护您的FIB-SEM

    激光加工后，可按需采用FIB完成纳米精度的精修。

  • 多层金属结构晶体振荡器。EDS揭示了各层元素组分，由Crossbeam采集成像，Crossbeam激光制备表面，Ion-sculptor FIB镜筒完成精修，左上：Inlens SE，右上：Inlens EsB，左下：SESI，右下：EDS面分布图。
    多层金属结构晶体振荡器。EDS揭示了各层元素组分，由Crossbeam采集成像，Crossbeam激光制备表面，Ion-sculptor FIB镜筒完成精修，左上：Inlens SE，右上：Inlens EsB，左下：SESI，右下：EDS面分布图。

    多层金属结构晶体振荡器。EDS揭示了各层元素组分，由Crossbeam采集成像，Crossbeam激光制备表面，Ion-sculptor FIB镜筒完成精修，左上：Inlens SE，右上：Inlens EsB，左下：SESI，右下：EDS面分布图。

    多层金属结构晶体振荡器。EDS揭示了各层元素组分，由Crossbeam采集成像，Crossbeam激光制备表面，Ion-sculptor FIB镜筒完成精修，左上：Inlens SE，右上：Inlens EsB，左下：SESI，右下：EDS面分布图。

    高级化学组分与晶体学分析

    在同一工作流中整合成像与分析功能，从样品中获取结构、化学组分或晶体学信息。三维EDS探测器与三维EBSD相机可在断层扫描过程中同步采集分析数据。搭配ToF-SIMS可凭借优异的表面灵敏度实现同位素区分。离子检测精度达到了ppm级别，支持锂等轻元素分析。深度分辨率<10 nm，可通过同位素分析与深度剖析开展样品研究。

材料研究应用

  • 低温环境使该金属有机框架样品中的镍金属中心位点清晰显现
  • 图像展示了可实现的激光定位精度。标靶结构由FIB加工制备。激光光斑烧蚀点对准标靶中心位置。样品：硅。
  • 多层异质堆叠薄膜样品高分辨率成像。由Crossbeam 750采集，左侧为Inlens Esb，右侧为Inlens SE。
  • 镍基底镀金层。由Crossbeam制备的TEM薄片。
  • 原子探针断层扫描（APT）。由Crossbeam激光制成的硅样品。通过离子束诱发沉积标记了特定区域，并进行制备。首先通过激光加工将微柱从整体中分离。随后，通过FIB切割加工成形。
  • 经FIB-SEM纳米加工制备的筛状波带片纳米结构的高分辨率电子显微图像
  • 金属样品上制备的微米级压缩柱阵列，用于力学测试
  • 左侧毫米级截面的放大分析结果。仅利用激光切割，即可将截面表面处理至满足EBSD和EDS分析要求的平整度。SE图像（左上），晶粒结构（EBSD）（右上），Fe成分（EDS）（左下），Mn成分（EDS）（右下）
  • 经Crossbeam低温制样及成像的金属有机框架样品，可清晰观测到镍金属中心位点。
    经Crossbeam低温制样及成像的金属有机框架样品，可清晰观测到镍金属中心位点。

    经Crossbeam低温制样及成像的金属有机框架样品，可清晰观测到镍金属中心位点。

    经Crossbeam低温制样及成像的金属有机框架样品，可清晰观测到镍金属中心位点。
  • 采用FIB-SEM工作流分析得到的纳米级材料结构SEM图像。
    采用FIB-SEM工作流分析得到的纳米级材料结构SEM图像。

    该图像展示了Crossbeam激光系统可实现的激光定位精度。标靶结构由FIB加工制备。激光光斑烧蚀点对准标靶中心位置。样品：硅。

    该图像展示了Crossbeam激光系统可实现的激光定位精度。标靶结构由FIB加工制备。激光光斑烧蚀点对准标靶中心位置。样品：硅。
  • 采用蔡司Crossbeam 750采集的多层薄膜异质结构SEM图像，用于材料高分辨率表征。
    采用蔡司Crossbeam 750采集的多层薄膜异质结构SEM图像，用于材料高分辨率表征。

    多层异质堆叠薄膜样品高分辨率成像。由Crossbeam 750采集，左侧为Inlens Esb，右侧为Inlens SE。

    多层异质堆叠薄膜样品高分辨率成像。由Crossbeam 750采集，左侧为Inlens Esb，右侧为Inlens SE。
  • 采用蔡司Crossbeam FIB-SEM制备的镍基底镀金层TEM薄片的SEM图像。
    采用蔡司Crossbeam FIB-SEM制备的镍基底镀金层TEM薄片的SEM图像。

    镍基底镀金层。由Crossbeam制备的TEM薄片。

    镍基底镀金层。由Crossbeam制备的TEM薄片。
  • 采用蔡司Crossbeam激光系统及FIB切割制备的原子探针层析用硅针样品的SEM图像。
    采用蔡司Crossbeam激光系统及FIB切割制备的原子探针层析用硅针样品的SEM图像。

    原子探针断层扫描（APT）。由Crossbeam激光制成的硅样品。通过离子束诱发沉积标记了特定区域，并进行制备。首先通过激光加工将微柱从整体中分离。随后，通过FIB切割加工成形。

    原子探针断层扫描（APT）。由Crossbeam激光制成的硅样品。通过离子束诱发沉积标记了特定区域，并进行制备。首先通过激光加工将微柱从整体中分离。随后，通过FIB切割加工成形。
  • 经FIB-SEM纳米加工制备的筛状波带片纳米结构的高分辨率电子显微图像
    经FIB-SEM纳米加工制备的筛状波带片纳米结构的高分辨率电子显微图像

    使用蔡司Crossbeam和Atlas 5 NPVE Advanced加工而成的筛状波带片纳米结构。Atlas 5以单幅32k × 24k像素图像完成该结构采集。

    使用蔡司Crossbeam和Atlas 5 NPVE Advanced加工而成的筛状波带片纳米结构。Atlas 5以单幅32k × 24k像素图像完成该结构采集。
  • 金属样品上制备的微米级压缩柱阵列，用于力学测试
    金属样品上制备的微米级压缩柱阵列，用于力学测试

    使用蔡司Crossbeam激光系统的飞秒激光，实现高熵合金压缩测试微柱阵列的自动化批量制备。

    使用蔡司Crossbeam激光系统的飞秒激光，实现高熵合金压缩测试微柱阵列的自动化批量制备。
  • 左侧毫米级截面的放大分析结果。仅利用激光切割，即可将截面表面处理至满足EBSD和EDS分析要求的平整度。SE图像（左上），晶粒结构（EBSD）（右上），Fe成分（EDS）（左下），Mn成分（EDS）（右下）

    左侧毫米级截面的放大分析结果。仅利用激光切割，即可将截面表面处理至满足EBSD和EDS分析要求的平整度。SE图像（左上），晶粒结构（EBSD）（右上），Fe成分（EDS）（左下），Mn成分（EDS）（右下）

材料研究中的应用领域

在多个应用领域开展材料研究：

  • 纳米材料，例如低介电常数材料、薄膜，或用于量子或半导体研究的材料
  • 金属、合金、陶瓷及复合材料
  • 能源材料，包括电池、太阳能电池和燃料电池
  • 地质样品，包含硬质岩石和多孔介质

从纳米图案加工到断层成像，您可以根据不断变化的研究问题对系统进行调整，同时保持高精度和可重复性。

常见问题

  • 蔡司采用低电压成像、可控离子束切割与低能量精修，显著降低样品制备伪影。这些方法可减少束流损伤，并保护敏感相和界面。标准化工作流有助于确保不同用户和不同实验室之间结果的一致性。

  • FIB切割前需要进行无损三维观察以定位深埋结构特征时，X射线显微镜是理想之选。研究人员可在开展FIB截面切割、断层扫描连续切片或TEM薄片制备之前，确定并锁定感兴趣区域（ROI）或感兴趣体积（VOI），以此提升定位精度，减少离子束对材料的不必要移除。

  • 关联工作流可连接SEM、FIB-SEM和X射线数据等多种显微镜模态数据，跨尺度建立表面特征与内部结构的对应关联，有助于减少解读偏差，并实现结构和性能关联的可靠研究。
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