表面分析方法.pptx

【表面分析方法】是科学研究和材料科学领域的重要技术，它主要关注的是固体表面的特性，因为表面性质往往与整体性质存在显著差异。表面分析技术起源于20世纪60年代，伴随着超高真空技术和一系列对表面敏感的分析工具的出现。这两者的发展互相推动，共同促进了材料科学的进步。 在20世纪80年代，扫描探针显微镜（SPM）的诞生，如扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM），极大地推动了表面科学的研究。例如，STM中使用的氟化橡胶（Viton）用于防止振动，以及AFM的尖锐探针，这些都是新材料科学发展的成果，反过来又推动了表面分析技术的创新。 表面分析方法的特点在于利用各种“粒子”或手段作为探针，例如电子、离子、光子、中性粒子等，与样品表面相互作用。这些探针可以引起样品表面的粒子发射或散射，通过对这些发射粒子的特性（如能量、动量、荷质比、束流强度等）进行检测，获取关于表面的信息。 具体来说，表面分析方法包括但不限于以下几种： 1. 低能电子衍射（LEED）：用于确定材料的表面结构。 2. 反射式高能电子衍射（RHEED）：同样用于研究表面结构。 3. 俄歇电子能谱（AES）：测定表面元素组成。 4. 扫描俄歇探针显微镜（SAM）：提供微区元素组成信息。 5. 电离损失谱（ILS）、能量弥散X射线谱（EDXS）：用于成分分析。 6. 俄歇电子出现电势谱（AEAPS）、软X射线出现电势谱（SXAPS）、消隐电势谱（DAPS）：进一步了解表面化学状态。 7. 电子能量损失谱（EELS）：揭示原子的电子态信息。 8. 电离诱导脱附（ESD）：探测表面吸收原子状态。 9. 透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、扫描透射电子显微镜（STEM）：用于形貌观察。 除此之外，还有使用光子作为探针的方法，如X射线光电子谱（XPS）、紫外线光电子谱（UPS）、同步辐射光电子谱（SRPES），以及红外吸收谱（IR）、拉曼散射谱（Raman）、表面灵敏扩展X射线吸收谱细致结构（SEXAFS）、角分辨光电子谱（ARPES）等，它们分别用于成分分析、电子态研究、结构分析等。 XPS（X射线光电子能谱）是一种重要的表面分析技术，其基本原理是X射线照射样品，使得内层电子被激发出来，形成光电子。光电子的能量包括结合能、动能和可能的功函数。通过对光电子动能的测量，可以计算出电子的结合能，进而识别材料的元素组成和化学状态。XPS的探测深度一般在纳米级别，适用于金属、金属氧化物以及有机物和聚合材料的表面分析。 表面分析方法是一门综合性的科学技术，它通过多种手段深入探究固体表面的微观性质，对于材料科学、半导体技术、催化、腐蚀研究等领域有着不可或缺的作用。随着技术的不断发展，表面分析方法将继续推动科学研究和工业应用的进步。