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表面分析的基本内容
发布时间:2021-08-17   点击次数:24次

表面分析的基本内容

        用于分析成分、结构和能量状态的材料物理测试是在固体表面或界面上仅具有几个原子层的薄层上进行的。有几十种表面分析方法。常用的有离子探针、俄歇电子能谱和X射线光电子能谱,其次是离子中和谱、离子散射谱、低能电子衍射、电子能量损失谱、紫外电子能谱等技术,以及场离子显微镜这些表面分析方法的基本原理,大多是基于固体表面具有一定能量的电子、离子、光子等相互作用,然后分析从固体表面发射出的电子、离子、光子等。获取各种信息的固体表面。
  离子探针分析也称为离子探针微量分析。它利用电子光学方法将某些惰性气体或氧离子加速并聚焦成小的高能离子束,轰击样品表面以激发和溅射二次离子。质谱仪用于检测不同质荷比(Mass/charge)的离子被分离,以检测几个原子深度内和几微米内微区中的所有元素,并可以确定同位素。其检测灵敏度高于电子探针(见电子探针分析),对超轻元素特别敏感。可检测10(g)的微量元素,相对灵敏度可达10(~10(。分析速度快捷方便。获得地面元素的平面分布图像。离子溅射效应也可用于分析表面以下几微米范围内的元素分布,但离子探针的定量分析方法尚不成熟。
   1938年有人进行了离子-固体相互作用,但直到1960年代才产生了实用的离子探针分析仪。离子探针分析仪的基本组成部分包括真空系统、离子源、初级离子聚焦光学系统、质谱仪、检测和图像显示系统、样品室等。 离子探针适用于超轻元素、痕量和痕量的分析元素和同位素的鉴定。广泛应用于金属材料氧化、腐蚀、扩散、析出等问题的研究,特别是材料氢脆的研究。 ,并分析表面涂层和渗透层。
  俄歇电子能谱分析是利用电子束(或X射线)轰击样品表面,使表面原子内能级的电子被击出形成空穴,较高能级的电子填满样品空穴并释放能量,然后将能量转移到另一个电子使其逃逸。最后一个电子称为俄歇电子。 1925年法国的光伏俄歇首先发现并解释了这种二次电子,后来称为俄歇电子,但直到1967年俄歇电子能谱技术才被用于研究金属问题。通过能量分析仪和检测系统检测俄歇电子的能量和强度,可以获得表层化学成分以及化学态和电子态的定性和定量信息。在适当的实验条件下,该方法对样品没有破坏作用。它可以分析样品表面几个原子层深度和几个微米中除氢和氦外的所有元素。它对光和超轻元素非常敏感。 .检测的相对灵敏度因元素而异,一般在千分之一到千分之一之间。绝对灵敏度高达10(单层(1个单层相当于每平方厘米约10个(原子)),相当于约10(~10(g)。方便快捷地进行点、线、面元素分析和部分元素的化学状态分析,结合离子溅射技术,可以得到元素沿深度方向的分布。
  俄歇电子能谱仪的结构主要包括真空系统、激发源和电子光学系统、能量分析仪、检测记录系统、实验室和样品台、离子枪等。
  俄歇电子能谱分析主要用于机械工业研究金属材料的氧化、腐蚀、摩擦、磨损和润滑特性以及合金元素和杂质元素的扩散或偏析、表面处理技术和复合材料的附着力研究材料。
   X射线光电子能谱分析用一定能量的X射线照射气体分子或固体表面,发射出的光电子的动能与原电子相同。它与能量水平有关。记录和分析这些光电子能量可以获得有关元素类型、化学状态和电荷分布的信息。这种无损分析方法不仅可以分析导体、半导体,还可以分析绝缘体。除氢外所有元素均可检测。虽然检测灵敏度不高,只有千分之一左右,但绝对灵敏度可达2×10(单层。
  该分析技术由瑞典K. Seba教授与作者合作建立。研究始于1954年,最初称为化学分析电子能谱(ESCA),后来一般称为X射线光电子能谱(XPS)。主要包括:真空系统、X射线源、能量分析仪和检测记录系统、试验室和样品台等。 这种分析方法已广泛用于识别材料表面吸附元素的种类,初始阶段腐蚀,以及腐蚀进展的状态。腐蚀产物、表面沉积物等;研究摩擦副之间的材料传递、粘附、磨损和润滑特性;探索复合材料的表面和界面特性;识别工程塑料制品等。

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