表面分析的基本內(nèi)容

        用于分析成分、結(jié)構(gòu)和能量狀態(tài)的材料物理測試是在固體表面或界面上僅具有幾個(gè)原子層的薄層上進(jìn)行的。有幾十種表面分析方法。常用的有離子探針、俄歇電子能譜和X射線光電子能譜，其次是離子中和譜、離子散射譜、低能電子衍射、電子能量損失譜、紫外電子能譜等技術(shù)，以及場離子顯微鏡這些表面分析方法的基本原理，大多是基于固體表面具有一定能量的電子、離子、光子等相互作用，然后分析從固體表面發(fā)射出的電子、離子、光子等。獲取各種信息的固體表面。
??離子探針分析也稱為離子探針微量分析。它利用電子光學(xué)方法將某些惰性氣體或氧離子加速并聚焦成小的高能離子束，轟擊樣品表面以激發(fā)和濺射二次離子。質(zhì)譜儀用于檢測不同質(zhì)荷比（Mass/charge）的離子被分離，以檢測幾個(gè)原子深度內(nèi)和幾微米內(nèi)微區(qū)中的所有元素，并可以確定同位素。其檢測靈敏度高于電子探針（見電子探針分析），對超輕元素特別敏感。可檢測10(g)的微量元素，相對靈敏度可達(dá)10(～10(。分析速度快捷方便。獲得地面元素的平面分布圖像。離子濺射效應(yīng)也可用于分析表面以下幾微米范圍內(nèi)的元素分布，但離子探針的定量分析方法尚不成熟。
?? 1938年有人進(jìn)行了離子-固體相互作用，但直到1960年代才產(chǎn)生了實(shí)用的離子探針分析儀。離子探針分析儀的基本組成部分包括真空系統(tǒng)、離子源、初級離子聚焦光學(xué)系統(tǒng)、質(zhì)譜儀、檢測和圖像顯示系統(tǒng)、樣品室等。 離子探針適用于超輕元素、痕量和痕量的分析元素和同位素的鑒定。廣泛應(yīng)用于金屬材料氧化、腐蝕、擴(kuò)散、析出等問題的研究，特別是材料氫脆的研究。 ，并分析表面涂層和滲透層。
??俄歇電子能譜分析是利用電子束（或X射線）轟擊樣品表面，使表面原子內(nèi)能級的電子被擊出形成空穴，較高能級的電子填滿樣品空穴并釋放能量，然后將能量轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電子使其逃逸。個(gè)電子稱為俄歇電子。 1925年法國的光伏俄歇首先發(fā)現(xiàn)并解釋了這種二次電子，后來稱為俄歇電子，但直到1967年俄歇電子能譜技術(shù)才被用于研究金屬問題。通過能量分析儀和檢測系統(tǒng)檢測俄歇電子的能量和強(qiáng)度，可以獲得表層化學(xué)成分以及化學(xué)態(tài)和電子態(tài)的定性和定量信息。在適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)條件下，該方法對樣品沒有破壞作用。它可以分析樣品表面幾個(gè)原子層深度和幾個(gè)微米中除氫和氦外的所有元素。它對光和超輕元素非常敏感。 .檢測的相對靈敏度因元素而異，一般在千分之一到千分之一之間。靈敏度高達(dá)10（單層（1個(gè)單層相當(dāng)于每平方厘米約10個(gè)（原子）），相當(dāng)于約10（～10（g）。方便快捷地進(jìn)行點(diǎn)、線、面元素分析和部分元素的化學(xué)狀態(tài)分析，結(jié)合離子濺射技術(shù)，可以得到元素沿深度方向的分布。
??俄歇電子能譜儀的結(jié)構(gòu)主要包括真空系統(tǒng)、激發(fā)源和電子光學(xué)系統(tǒng)、能量分析儀、檢測記錄系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室和樣品臺、離子槍等。
??俄歇電子能譜分析主要用于機(jī)械工業(yè)研究金屬材料的氧化、腐蝕、摩擦、磨損和潤滑特性以及合金元素和雜質(zhì)元素的擴(kuò)散或偏析、表面處理技術(shù)和復(fù)合材料的附著力研究材料。
?? X射線光電子能譜分析用一定能量的X射線照射氣體分子或固體表面，發(fā)射出的光電子的動(dòng)能與原電子相同。它與能量水平有關(guān)。記錄和分析這些光電子能量可以獲得有關(guān)元素類型、化學(xué)狀態(tài)和電荷分布的信息。這種無損分析方法不僅可以分析導(dǎo)體、半導(dǎo)體，還可以分析絕緣體。除氫外所有元素均可檢測。雖然檢測靈敏度不高，只有千分之一左右，但靈敏度可達(dá)2×10（單層。
??該分析技術(shù)由瑞典K. Seba教授與作者合作建立。研究始于1954年，最初稱為化學(xué)分析電子能譜（ESCA），后來一般稱為X射線光電子能譜（XPS）。主要包括：真空系統(tǒng)、X射線源、能量分析儀和檢測記錄系統(tǒng)、試驗(yàn)室和樣品臺等。 這種分析方法已廣泛用于識別材料表面吸附元素的種類，初始階段腐蝕，以及腐蝕進(jìn)展的狀態(tài)。腐蝕產(chǎn)物、表面沉積物等；研究摩擦副之間的材料傳遞、粘附、磨損和潤滑特性；探索復(fù)合材料的表面和界面特性；識別工程塑料制品等。