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更新時(shí)間:2026-01-30
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面分析是用于揭示材料表面數(shù)納米至數(shù)微米深度范圍內(nèi)的元素組成、化學(xué)狀態(tài)及微觀結(jié)構(gòu)的分析技術(shù)。該技術(shù)能夠從原子尺度認(rèn)識(shí)和說(shuō)明材料表面的物理化學(xué)變化及其與表面有關(guān)的宏觀性質(zhì)的聯(lián)系。 腐蝕、磨損、黏附及其他影響材料性能和可靠性的反應(yīng)主要發(fā)生于材料表層,因此表面分析在材料評(píng)估、質(zhì)量控制和失效分析中具有關(guān)鍵作用。 表面分析技術(shù)有數(shù)十種,而且新的分析方法仍在不斷出現(xiàn),在實(shí)際分析過(guò)程中,需綜合考慮樣品的具體位置、尺寸、材質(zhì)狀態(tài)以及分析目的,選取最適宜的分析方法。
表面分析儀器的類型和特征
表面分析儀器是一個(gè)龐大的家族,其核心目標(biāo)是獲取材料最外層(通常是幾個(gè)原子層到幾納米深度)的化學(xué)成分、元素分布、化學(xué)態(tài)、電子結(jié)構(gòu)和形貌信息。它們的工作原理各不相同,但都基于一個(gè)共同的前提:用某種激發(fā)源(探針)激發(fā)樣品表面,然后分析從表面發(fā)射出來(lái)的“信號(hào)"。

我們可以用一個(gè)統(tǒng)一的框架來(lái)理解它們,并根據(jù)“探針"和“信號(hào)"的不同進(jìn)行分類。

下表列舉了幾種典型的表面分析方法,從激發(fā)源、檢測(cè)信號(hào)、定量能力、化學(xué)態(tài)分析可能性、靈敏度、絕緣樣品處理方式及縱深分析能力等方面進(jìn)行了對(duì)比。
| 分析方法 | EPMA (WDS)/SXES/EDS | AES | XPS | XRF | SIMS |
| 激發(fā)源 | 電子束 | 電子束 | X-ray | X-ray | 離子 |
| 信號(hào) | 特征 X-ray | 俄歇電子 | 光電子 | 熒光 X-ray | 二次離子 |
| 可檢測(cè)的元素 | Be ~ (WDS, EDS) Li (SXES, 無(wú)窗 EDS) | Li ~ | Li ~ | C ~ | H~ |
| 定量分析 | ○ | ○ | ○ | ○ | X |
| 化學(xué)狀態(tài) | △ | ○ | ○ | X | 有機(jī)化合物 |
| 檢測(cè)深度 | 幾µm | 幾nm | 幾nm | 幾nm | 幾nm |
| 靈敏度 | 幾十ppm(質(zhì)量濃度) | 幾千ppm (原子濃度) | 幾千ppm(原子濃度) | 幾十 ppm(質(zhì)量濃度) | 幾ppm(原子濃度) |
| 絕緣體 | ○ (導(dǎo)電噴鍍) | △ | ○ | ○ | ○ |
| 深度分析 | △ | ○ | ○ | X | ○ |
| 優(yōu)勢(shì) | 定性分析 、定量分析 、廣域~ 微區(qū)分析 | 微區(qū)分析 、化學(xué)態(tài)分析、 深度剖析 | 絕緣體分析、 化學(xué)態(tài)分析、 深度剖析 | 定性分析、 薄膜分析、 痕量元素分析 | 有機(jī)物分析、 痕量元素分析 |
| 挑戰(zhàn) | 化學(xué)態(tài)分析(強(qiáng)項(xiàng)SXES), 有機(jī)物分析 | 廣域分析、 絕緣體分析、 有機(jī)物分析 | 微區(qū)分析、 痕量元素分析 | 微區(qū)分析 | 定性分析、 定量分析 |