|
根據(jù)Markets and Markets的最新市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告，預(yù)計(jì)到2020年，表面分析市場(chǎng)將達(dá)到約40億美元；2015年到2020年期間，該市場(chǎng)將以6.2%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。
表面分析技術(shù)是一種統(tǒng)稱，指利用電子、光子、離子、原子、強(qiáng)電場(chǎng)、熱能等與固體表面的相互作用，測(cè)量從表面散射或發(fā)射的電子、光子、離子、原子、分子的能譜、光譜、質(zhì)譜、空間分布或衍射圖像，得到表面成分、表面結(jié)構(gòu)、表面電子態(tài)及表面物理化學(xué)過(guò)程等信息的各種技術(shù)。
在20世紀(jì)60年代超高真空和高分辨高靈敏電子測(cè)量技術(shù)建立和發(fā)展的基礎(chǔ)上，已開(kāi)發(fā)了數(shù)十種表面分析技術(shù)，各種技術(shù)的表面靈敏度并不相同，單一技術(shù)只得到表面某一方面的信息。為了對(duì)固體表面進(jìn)行較全面的分析，常采用同時(shí)配置幾種表面分析技術(shù)的多功能裝置。目前，各種表面分析技術(shù)的定量化尚待逐步完善。
低能電子衍射（LEED） 將能量在10～500電子伏范圍內(nèi)的低能電子束入射到待研究表面，這種低能電子的德布羅意波長(zhǎng)（見(jiàn)波粒二象性）與表面原子的間距有相似數(shù)量級(jí)，表面的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)對(duì)入射電子束能產(chǎn)生衍射作用。由于入射電子能量低，只有表面層內(nèi)的原子才對(duì)入射電子起散射作用，而且散射截面很大。用熒光屏觀察背向衍射束斑的分布，可得有關(guān)表面原胞的幾何信息。另一方面，對(duì)任一衍射束，其束斑強(qiáng)度隨電子束的能量（或電子波長(zhǎng)）而變，這種變化關(guān)系可用I-V曲線表示出來(lái)（I為表征衍射束強(qiáng)度的電流 ，V為入射電子束的加速電壓），該曲線稱為低能電子衍射譜。LEED譜與表面原子的種類及其空間結(jié)構(gòu)有關(guān)。LEED一直是最為有效的表面結(jié)構(gòu)分析手段。
反射高能電子衍射（RHEED） 用高能電子束（10千電子伏量級(jí)）向待研究表面掠入射，在其反射方向探測(cè)和分析衍射束，從而得到關(guān)于表面結(jié)構(gòu)的幾何信息。
俄歇電子譜（AES） 以能量約為數(shù)千電子伏的電子束入射到晶體表面，把處于原子K殼層（見(jiàn)原子殼層結(jié)構(gòu)）上的電子電離并留下一個(gè)空位。L殼層上的電子向下躍遷填補(bǔ)這個(gè)空位，同時(shí)釋放出多余能量。這個(gè)躍遷過(guò)程可能是無(wú)輻射躍遷，所釋放出的能量使殼層 L2,3 上的電子激發(fā)成自由態(tài)，這種二次電子稱為俄歇電子(見(jiàn)圖)。上述過(guò)程稱為俄歇過(guò)程，由法國(guó)物理學(xué)家P.-V.俄歇于1925 年發(fā)現(xiàn)。俄歇電子數(shù)按能量的統(tǒng)計(jì)分布稱俄歇電子譜，每種元素有各自的特征俄歇電子譜，故可用來(lái)決定化學(xué)成分。俄歇電子譜常被用來(lái)分析和鑒定固體表面的吸附層、雜質(zhì)偏析及催化機(jī)制研究等。
光電子能譜（XPS或UPS） 用X射線或紫外線入射到固 體表面，表面原子的內(nèi)層電子吸收入射光子的能量后逸出表面成為自由電子，這實(shí)際上是一種光電效應(yīng)。光電子可來(lái)源于原子的不同殼層，其動(dòng)能包含了原子內(nèi)層電子所處能量狀態(tài)的信息。光電子數(shù)按其動(dòng)能的統(tǒng)計(jì)分布稱光電子能譜，它攜帶了原子內(nèi)有關(guān)電子狀態(tài)的豐富信息。利用光電子能譜可判別表面原子的種類和決定表面電子態(tài)。根據(jù)入射光子的波長(zhǎng)可分為X射線光電子能譜（XPS）和紫外線光電子能譜（UPS）兩類。自同步輻射源出現(xiàn)后，光電子能譜分析法更得到了迅速發(fā)展。
出現(xiàn)電勢(shì)譜（APS） 以一定能量的電子束入射到固體表面，入射電子使原子的內(nèi)層電子激發(fā)而出現(xiàn)空位，測(cè)量產(chǎn)生空位所需的最低能量（對(duì)應(yīng)入射電子的最低加速電勢(shì)）�？瘴坏漠a(chǎn)生可通過(guò)填補(bǔ)這個(gè)空位所涉及的俄歇過(guò)程或發(fā)射軟 X射線過(guò)程來(lái)探測(cè) ，前者稱俄歇出現(xiàn)電勢(shì)譜，后者稱軟X射線出現(xiàn)電勢(shì)譜 。俄歇電子或軟X光子的能量與原子的殼層結(jié)構(gòu)有關(guān)，并因元素而異，故利用出現(xiàn)電勢(shì)譜可鑒別原子種類。
能量損失譜（ELS） 以數(shù)百電子伏的電子束入射到表面，由于入射電子與表層內(nèi)各種元激發(fā)（見(jiàn)固體物理學(xué)）的相互作用而引起能量損失，這種能量損失攜帶了各類元激發(fā)的有關(guān)信息。利用能量損失譜可獲得關(guān)于表面原子振動(dòng)模式、等離子振蕩、能帶間躍遷等多方面的信息。
離子中和譜（INS） 當(dāng)正離子接近固體表面時(shí)，固體內(nèi)的電子可借助于隧道效應(yīng)穿越表面勢(shì)壘躍入正離子的空電子態(tài)而使正離子中和。此過(guò)程所釋放的能量可將固體中其他電子激發(fā)到自由空間。分析這些發(fā)射出來(lái)的電子的能量分布可了解表面電子態(tài)的分布，以及確定由于吸附外來(lái)原子而引起的表面電子態(tài)的變化等。隧道效應(yīng)只發(fā)生在表面的單原子層，故INS是各種譜代中取樣深度最淺的一種。
二次離子譜（SINS） 以能量為103電子伏的惰性氣體離子轟擊表面，再用質(zhì)譜儀分析從表面濺射出來(lái)的二次離子，就可確定表面成分，SINS具有極高的分析靈敏度。
掃描隧道顯微鏡（STM） 以很細(xì)的金屬探針接近固體表面時(shí)，固體中的電子借助于隧道效應(yīng)克服表面勢(shì)壘到達(dá)探針，從而形成隧道電流。隧道電流的大小取決于針尖至表面原子的距離，距離近時(shí)電流大，距離遠(yuǎn)時(shí)電流小。令探針在固體表面上掃描，掃描時(shí)針尖與表面間保持一極小的距離，根據(jù)隧道電流的變化就可顯示出表面層中的原子排列情況 。STM的最大優(yōu)點(diǎn)是不需任何外來(lái)粒子束或射線束，因而不會(huì)破壞樣品表面，也不存在由于入射線的波動(dòng)性而造成的對(duì)分辨率的限制。STM是新發(fā)展起來(lái)的能直接觀察表面結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。
材料表面分析咨詢：400-9700-076 |
