ICS 17.180.01 CCS N 33
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T 42208—2022
纳米技术 多相体系中纳米颗粒粒径测量
透射电镜图像法
Nanotechnologies-Measurement of nanoparticle size in multiphase system-
Image method of transmission electron microsopy
2023-07-01实施
2022-12-30发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T42208—2022
次
目
前言引言 1 范围 2 规范性引用文件 3
I
1
术语和定义 4 原理
4.1 概述 4.2透射电子显微镜的成像原理 4.3 图像处理样品
5
5.1 样品要求 5.2样品制备方法 6试验步骤 6.1总体要求 6.2 装样
...
6.3 仪器准备 6.4 图像的获取 7粒径测量 7.1 概述 7.2图像分析 7.3结果表示 8测量不确定度 9 测试报告附录A（资料性） 固态金属多相体系实例附录B（资料性） 纳米复合材料实例. 参考文献
10
13 GB/T 42208—2022
前 言
本文件按照GB/T1.1-一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国科学院提出。 本文件由全国纳米技术标准化技术委员会（SAC/TC279)归口。 本文件起草单位：国家纳米科学中心、国标(北京)检验认证有限公司、北京市科学技术研究院分析
测试研究所（北京市理化分析测试中心）、深圳市德方纳米科技股份有限公司、中国计量大学、北京粉体技术协会。
本文件主要起草人：常怀秋、付新、齐笑迎、李婷、杜志伟、白露、韩小磊、高原、郑强、孙言、张淑琴。
I GB/T 42208—2022
引 言
纳米材料由于表面效应、量子尺寸效应、体积效应和量子隧道效应等，使材料表现出传统固体不具有的化学、电学、磁学、光学等特异性能。同时，受到尺寸的限制，纳米材料单独使用的场合有限，往往存在于材料基体中，形成多相体系来增加整个材料特性。
由于纳米颗粒粒径较小、比表面积较大、表面能较大，极易团聚，致使其在多相体系中很难表征和评价。而透射电子显微镜是采用透过薄膜样品的电子束成像来显示样品内部形态与结构的一种表征设备。它不仅可以观察样品微观形态，还可以对所观察区域的内部结构进行表征。因此透射电镜配合图像分析技术可进行纳米颗粒在多相体系中的粒径测量。
对多相体系中纳米颗粒的粒径测量，在优化材料结构，改善材料的性能方面有着极大的促进作用，对推动纳米材料的应用和发展具有重要的意义。
IV GB/T42208—2022
纳米技术 多相体系中纳米颗粒粒径测量
透射电镜图像法
1范围
本文件描述了利用透射电子显微镜图像处理和分析技术进行纳米颗粒在多相体系中分散的粒径测量方法。
本文件适用于固相多相体系中纳米颗粒的粒径测量和粒径分布。 本文件也适用于在样品制备满足透射电子显微镜观察要求时的胶体和生物组织中纳米颗粒粒径
测量。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T21649.1粒度分析图像分析法第1部分：静态图像分析法 GB/T30544.4纳米科技术语第4部分：纳米结构材料
3术语和定义
GB/T30544.4界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
纳米颗粒 nanoparticles 粒度为1nm～100nm范围的固体颗粒。 ［来源：GB/T16418—2008,2.1.6]］
3.2
分散disperse 纳米颗粒在多相体系中散开分布的过程。
3.3
明场像brightfieldimaging；BF 一种电子照明和成像的透射电子显微镜技术，电子束穿透样品，运用位于后焦面上的物镜光阑且选
用透射波成像。
［来源：GB/T30543—2014，3.3］
3.4
暗场像darkfieldimaging;DF 一种电子照明和成像的透射电子显微镜技术，电子束穿透样品，运用位于后焦面上的物镜光阑且选
用衍射波成像。
[来源：GB/T30543—2014,3.4]
1 GB/T 42208—2022
3.5
扫描透射电子显微图像scanningtransmissionelectronmicroscopicimaging;STEM 通过探测器同步接收会聚电子束在样品上逐点扫描产生的透射电子或散射电子进行成像。 ［来源：GB/T34831—2017,3.3，有修改］
3.6
高角环形暗场像highangleannulardarkfieldimaging；HAADF 在扫描透射成像模式下，利用高角环形暗场探头接收高角度散射电子进行成像。 ［来源：GB/T34831--2017，3.4，有修改
4原理 4.1概述
利用透射电镜图像对纳米颗粒在多相体系中的粒径进行测量，主要基于透射电子显微镜中电子束穿透样品成像的原理，并对图像进行处理，通常需要借助粒径分析软件进行粒径测量，以避免人为因素的干扰。 4.2透射电子显微镜的成像原理
透射电子显微镜是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。由于散射角的大小与样品的密度、厚度等相关，因此可以形成明暗不同的影像，影像被放大、聚焦后在成像器件上显示出来。透射电镜成像技术分为明场像、暗场像、扫描透射电子显微图像（含高角环形暗场像），需要根据样品情况采用相对应的成像技术。
4.3图像处理
透射电镜图像输出像素一般优于1024×1024，灰度取值在0～255之间。为了进行纳米颗粒在多相体系中的粒径测量，利用图像处理技术对透射电镜图像中的纳米颗粒进行识别，得到关于颗粒个数以及颗粒中心位置等信息。图像处理过程包含有编辑、预处理、图像增强（图像平滑、图像锐化）、二值化、 图形操作（细化、修剪、轮廊提取）等方面。应根据实际得到的透射电子显微图像质量选取图像处理中的具体过程。
5样品
5.1样品要求 5.1.1透射电子显微镜制样时所制备的样品结构应保持其在多相体系中的结构。 5.1.2透射电子显微镜样品可观察薄区的厚度应保证其透光度（一般为100nm以下），以便在透射电镜图像中纳米颗粒与其他相有足够的对比度和清晰度进行图像处理。 5.1.3透射电子显微镜样品应清洁无氧化，无腐蚀产物附着，干燥保存。 5.2样品制备方法 5.2.1概述
纳米颗粒在多相体系中的分散，由于多相体系材料不同，样品制备方法不同，下列给出常见材料的制备方法。 2 GB/T42208—2022
5.2.2纳米复合材料的制备
将纳米颗粒作为分散相的纳米复合材料。这类材料的透射电镜样品制备，需要先将样品包埋在环氧树脂中，利用超薄切片机，将样品切成可用于透射电子显微镜观察的薄膜，一般厚度在50nm～ 100 nm。 5.2.3多相固态金属材料的制备
多相固态金属材料一般是合金材料，纳米颗粒以不同于合金相的形式存在于材料本身。这类材料的透射电镜样品制备，较为复杂，可参考如下步骤：
切片：采用慢速锯或线切割等设备从固态样品上取出大约1mm厚的金属薄片；
a)
b) 研磨：分别依次用目数由低到高的水砂纸将金属薄片研磨至厚度为50μm左右； c) 冲样：用冲样机将50um厚的金属薄片冲成直径为Φ3mm的圆片； d) 减薄：用电解双喷减薄与离子减薄，可单独使用，也可根据样品实际状态将两者结合使用，将金
属薄片制备成最终用于透射电镜观察的样品。
5.2.4多相生物材料的制备
多相生物材料一般是将纳米颗粒引入生物材料中，例如含有纳米颗粒的细胞。这类材料的透射电镜样品制备，可参考如下步骤：
a） 固定：将细胞或组织用钱酸固定液、醛固定液、高锰酸盐固定液中的一种或几种固定； b) 冲洗：用缓冲溶液彻底冲洗固定后的细胞或组织，常用0.1mol/L磷酸（pH7.4)作为缓冲液； c) 脱水：用浓度依次增加的乙醇进行脱水，每次15min，乙醇浓度可参考50%一70%一80%一
95%一100%(100%浓度脱水两遍）的递增顺序； d): 渗透：用包埋剂渗入到组织内部取代脱水剂，常用环氧树脂作为包埋剂； e) 包埋：将组织包埋在多孔橡胶包埋模板中，然后置于烤箱烘干，使聚合硬化，形成包埋块； f) 切片：利用超薄切片机，将样品切成薄膜，同5.2.2； g) 染色：用重金属盐负染切片，增加样品在透射电子显微镜下的衬度，最终用于透射电镜观察，常
用醋酸双氧铀作为染色剂。
6试验步骤
6.1总体要求
根据多相体系材料及其中纳米颗粒的种类和状态的不同，选用4.2所述成像技术，应保证有足够清晰度和对比度的透射图像并且图像中纳米颗粒能准确识别，每个颗粒宜含有10以上像素个数。对于同一个样品，应根据GB/T21649.1确定最少测量颗粒数量并选择在不同视场里拍摄多张图像。具体的过程见附录A中以镍基高温合金多相体系中纳米颗粒为例给出的详细过程。 6.2装样
装样前需要确认样品无磁性，具有磁性的样品可以进行退磁处理。接着将载有样品的载网安置在样品杆中，并将样品杆插人透射电子显微镜。根据样品情况，选择样品杆，例如金属样品需要选择双倾样品杆。 6.3仪器准备
确认透射电子显微镜的操作系统开启，设备真空、高压、灯丝电流处于正常工作状态，依据仪器的操
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