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新的一天，新的一周开始啦！小伙伴们是否与我一样开始投入到新的一轮工作与学习中了呢？本周将开始关于数据处理的新一轮课程，明天的课程内容为“数据处理原则和MultiPak软件功能概述”，想要了解的小伙伴们速速调好闹钟，下午三点准时开讲~

学习新知识的同时，也不要忘记温习哟！第三课的ZD老师已总结和归纳好了，我们一起回顾吧！

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小伙伴们，上一篇的知识点总结，大家都认真看完了吗？(～￣▽￣)～

大家提出的问题，老师都一一解答，快来跟我去一探究竟吧！

明天（3月3日）下午三点继续解锁新课程“数据处理：数据处理原则和MultiPak软件功能概述”，如果喜欢我们的课程，欢迎朋友圈分享哦￣ω￣=

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认真听课的小伙伴们，

快快来收一下老师划的ZD啦~

期待已久的“光电子能谱仪器功能结构及功能特点”课程的知识要点来啦，知识要点和视频回放更配哦，让我们一起共享^_^

本周网络讲堂课程内容ZD为：MultiPak软件数据处理，有兴趣参加的小伙伴扫描下方二维码，让我们PHI小助手拉你入群，更多精彩，等你参与O(∩_∩)O哈~

一、氢气发生器原理

以二次蒸馏水为原料，添加10%KOH作为电解质，产生99.999%的高纯氢气.电解质采用新型恒流开关电源，根据用户实际用气量调节输出电流，从而实现流量自动跟踪.并设有过压保护装置，确保使用绝dui安全。

二、氮气发生器基本原理

采用现代燃料电池技术，先将空气中的O2在外加电源的作用下与H2O反应生成OH-，然后在电场力作用下，实现气液分离，最后将OH-还原成O2和H2O，从而将空气中的N2和O2分离。

化学式：O2+2H2O+4e=4OH-

由于采用了优化设计的催化剂，使用提纯后的N2中残氧量极低（3ppm以下），如再经过后期脱氧处理，残养量可进一步降低1ppm以下，因此可以满足各种检测器对载气纯度的要求。

其它微量杂质如CO、H2O等采用物理吸附方法去除。

三、特点

1.使用安全

使用时气压低，关机后残余气量少，并有过压保护装置，使用绝dui安全；

2.操作方便

随开随关，免除搬运之苦，真正一劳永逸；

3.成本低廉

氢气发生器使用过程中只消耗蒸馏水，最da功率150VA；氮气发生器只消耗空气（需另接空气源），最da功率100VA；

4.结构紧凑

外观优美，占地面积小，使实验室实现仪器化；

四、三气发生器使用注意事项

1.开机顺序：

①检察氮气开关阀处于“关”位置（向内）；

② 打开空气源开关，空气和氮气压力逐渐上升；

③ 待空气，氮气压力升至0.35MPa时，打开氢气和氮气电源开关；

④待氮气排空30分钟以后，打开氮气开关阀，此时氮气流量由气相色谱仪控制；氢气在流量指示为“000”后可以使用，流量也由气相色谱仪控制；

2.关机顺序：

关机顺序刚好相反，即先关氮气开关阀，再依次关氮气，氢气和空气电源开关。

单独使用氢气时，应先开空气电源开关；单独使用氮气时，也需同时打开氢气电源开关。

注意液体高度，在接近下限时应及时添加蒸馏水，但不要超过上限.建议每半年更换一次电解质.请勿在无液状态下开启氮气或氢气电源开关！

注意干燥管内变色硅胶的颜色（仪器背部左下方的变色硅胶也要注意观察），变为粉红色后应及时更换，方法参见说明书。

在空气潮湿的季节，空气储气罐中会有少量残留水分，可以从仪器背部的"放液口"排出.方法是:在仪器停止工作后，将防液口的密封螺母松开，利用气罐中的空气压力将水分压出，完毕后将密封螺母重新拧好。

在维护仪器时，如需降压，应通过色谱或气源上的流量阀排气，请勿直接从接头处放气，以免压力突然降低，损坏气路元件。

气相色谱仪–热裂解仪（器）联用，在水运工程、石油化工、有机化学、生物医药、高分子化学、地质勘探、环境保护等领域都得到有效的应用。其主要的工作原理为：有机化合物在严格控制的环境中加热，使之裂解成为可挥发的小分子，采用联用的气相色谱仪分离和检测这些裂解的小分子；由于有机化合物在一定条件下的裂解方式主要取决于分子结构，因此，可以根据其裂解产物的定性定量数据，推断有机化合物的组成和结构。

一、基本原理：

热裂解（分解）是在热能作用下物质发生化学降解的过程。在一定条件下，高分子有机物遵循一定的裂解规律，即特定的样品能够产生特定的裂解产物和产物分布，采用气相色谱分析和鉴定裂解产物，可据此对原样品进行表征。

将高分子样品置于裂解器中，在严格控制的操作条件下，使之迅速高温热裂解，生成可挥发的小分子产物，然后将裂解产物送入气相色谱仪中进行分离分析。因为裂解碎片的组成和相对含量与待测高分子的结构密切相关，每种高分子的裂解色谱图都有其特征，故裂解色谱图又称热裂解指纹色谱图。

二、对热裂解仪的要求：

1、由于裂解温度不同，裂解产物不同，裂解温度控制要精确，可重复进行。

2、不同的物质需要不同的裂解温度，裂解温度要可调。

3、裂解器热容量大，升温速度快。

4、裂解器与接口的体积小，以减小死体积，防止色谱峰展宽。

5、对裂解反应无催化反应，防止歧化反应和二次反应。

三、热裂解仪类型：

1、管式炉裂解器：

管式炉裂解器通常由一个外壁加热的石英管制成，采用电热丝加热，裂解温度在300～1000，恒温精度高。当炉温达到设定温度时，将样品置于铂金小舟内，用推杆将铂金小舟送人裂解炉，样品不与管壁接触。

管式炉裂解器结构简单，可定量进样，操作方便，裂解温度连续可调。但升温速率不可调，死体积大，容易产生二次反应。

2、热丝裂解器：

热丝裂解器通常由直径0.2～0.5mm、长50mm左右的铂丝或镍铬丝绕成螺旋状而成，样品涂在金属热丝上，热丝用稳定电压加热到所需温度，可使样品裂解。

热丝裂解器结构简单，加热时间短，二次反应少。但不易定量进样，一般只用于定性分析。

3、居里点裂解器：

居里点裂解器是一种高频感应加热裂解器，采用铁磁性材料作加热元件。将它置于高频电场中，会吸收射频能量而迅速升温，当达到居里点温度时，铁磁质变为顺磁质，不再吸收射频能量，温度稳定在居里点温度。当切断高频电源后温度下降，铁磁性又恢复。将样品附着在加热元件上，样品可在居里点温度裂解。

不同铁磁质的居里点温度不同，通过调节铁磁质合金的组成可获得所需温度的加热元件。

4、激光裂解器。

四、热裂解仪特点：

1、分离效率高：热裂解气相色谱仪大都使用毛细管色谱柱，可以对复杂的裂解产物进行有效的分离，尤其是高分子有机物之间的微小差异，聚合物材料中的微量组分，都能在裂解色谱图上灵敏地反映出来，找到相应的特征。

2、灵敏度高：热裂解气相色谱仪一般采用氢火焰离子化检测器，灵敏度很高。

3、样品用量少：样品用量一般为μg至mg量级，对只能获得微量样品的检测很有利。

4、分析速度快：典型的分析周期为30min。当裂解产物很复杂时，1～2h可以完成一次分析。

5、信息量大：可以进行定性和定量分析，还可以进行裂解条件与裂解产物的关系、样品结构与裂解产物的关系、裂解机理和反应动力学的研究。

6、应用范围广：适用于各种形态样品，不需要预处理，无论是粘稠液体、粉沫、纤维和弹性体等，还是固化的树脂、涂料和硫化橡胶等都可以直接进样分析。

7、易于普及：裂解进样器结构简单，与气相色谱仪组合在一起就可以进行分离分析。

8、可以和各种色谱仪、光谱仪联接：凡是可以和气相色谱仪联接的光谱仪器，都可以和热裂解气相色谱仪在线联接。

五、应用：

适用于分子量较大、结构复杂、难挥发和难溶解物质的分离分析。

在药物分析中，可采用闪蒸技术分析中草药中的可挥发性成分。所谓闪蒸是指在样品裂解前，用较低的温度（低于样品的裂解温度）对样品快速加热，将挥发性成分蒸发出来，得到一张色谱图。然后在高温下对样品进行裂解，得到裂解色谱图。这样可获得样品中挥发性成分的重要信息，在样品定性鉴定中非常有用。

       PHI CHINA于2月20日、21日下午三点开讲了“XPS基本原理、技术特点及应用（1）&（2）”，相信小伙伴们都有认真听课，因为我们收到了很多提问，那现在就由PHI CHINA的技术团队来为您们一一解答吧！

01 原理相关问题

Q：俄歇电子和荧光产生过程？

A：下图为X射线光电激发及其弛豫过程示意图。在XPS测试过程中，原子芯能级电子吸收X射线被电离，而相应的芯能级会留有空位，此时原子处于激发态会自发地发生弛豫，而退激发回到稳态。弛豫过程分为辐射弛豫和非辐射弛豫，前者发射出荧光，后者发射出俄歇电子。

        XPS也会收集到俄歇电子，从而产生俄歇谱图。其中俄歇电子是多个电子参与的退激发过程产生的，在退激发过程中处于高能级的电子可以跃迁到这一空位同时释放能量，当释放的能量传递到另一层的一个电子，这个电子就可以脱离原子出射成为俄歇电子。例如KLL俄歇电子如下图所示：原子中一个K层电子被入射X射线激发成自由电子后在K层产生空位，L层的一个电子跃迁入K层填补空位，此时多余的能量被另一个L层电子吸收产生俄歇电子，相应的俄歇电子标记为KLL。俄歇电子的动能由参与此过程的能级所决定，与入射的光子能量无关，所以可以通过改变入射光子能量，从而调节俄歇电子在谱图中的结合能位置，避开谱图干扰。另外，俄歇电子也可以用于辅助鉴定化学态。

Q：为什么p、d、f轨道都只会有两个裂分峰？

A：这是由于电子自旋-轨道偶合效应导致的，根据总量子数j（j=lL+Sl,S=±1/2）而使电子能级出现裂分。例如对于s轨道，j=1/2,对于p轨道，j=1/2和j=3/2。需要注意的是，对于p、d、f轨道的两个裂分峰的峰面积是存在固定的比例，如下图所示：

Q：每种元素的特征谱峰一定吗？

A：除了H、He和少量放射性元素以外，元素周期表中的大多数元素都有相应的XPS特征谱峰，而且XPS谱峰具有元素“指纹效应”，可以用于鉴定元素的成分。同时原子外层电子结构变化会导致XPS特征谱峰出现有规律的化学位移，所以XPS可以通过观测化学位移，提供与化学态、分子结构或官能团相关的信息。需要注意的是，物种中含有多种组分，可能会存在特征谱峰重叠的问题，所以在判断元素成分和化学态的时候，除了关注特征谱峰外，也需要观察相应元素其他谱峰。

Q：EDS探测深度比较深，不是表面的信息?

A：是的。这是由于两个实验技术的原理不同所导致的，如下图所示：因为XPS检测是出射的光电子，光电子的非弹性平均自由程较小，所以提供的是表面信息；而EDS检测的是出射的特征X射线，而特征X射线的穿透能力可以达到微米，所以提供的是信息深度是微米级别的。这两种实验技术提供互补的信息，可以帮助我们深入了解样品性质。

02 谱图相关问题

Q：文献中Fe2p拟合非常混乱，有的是Fe²⁺的B.E.比Fe³⁺更高，有的更低。究竟那个价态更高呢?

A：首先，Fe³⁺的结合能通常是要高于Fe²⁺的，但是要注意含Fe物质的具体成分。

这个问题也是XPS谱图解析过程中常见的问题，不同的文献报道的XPS结合能位置会有存在差异，可能的原因如下：

（a）即使都是Fe²⁺，但是配位的原子不同也会有不同的结合能位置，如下图的FeO、FeCO₃和FeSO₄；

（b）即使都是FeO，但是不同文献所测试样品形态不同、测试仪器不同、结合能校准方法不同，也会导致Fe²⁺结合能位置不完全一致；

（c）不排除有些文献的测试结果是不合理的。

基于以上的理解，我们参考文献分析XPS数据时，需要谨慎，选择合理可靠的文献，同时注意文献中的样品信息和测试条件。做XPS测试时，建议同时测试参照样品，可以帮助数据解析。

Q：请问我们送XPS碳材料的样品，测样老师会询问里面的碳是石墨化碳或有机碳，请问其中的区别?

A：首先，测试时要提供给老师尽可能详细的样品信息，有助于测试老师根据样品信息选择合理的测试条件和数据处理方法。碳材料中可能会有不同形式的C物种，例如sp²或sp³，对应物种的结合能位置也是不一样的。另外，XPS数据处理通常会采用C1s谱峰进行荷电校准，将烷烃碳谱峰位移到284.8eV，而不是采用sp2C校准到284.8eV。荷电校准是XPS数据处理中非常重要的一步，我们将在本期网络课程的数据处理课程中进行讲解，请参加相关课程。

Q：老师，请问XPS测出来的数据使用前有必要平滑处理么?如果平滑的话会不会造成某些特征峰的减弱甚至消失呢?那么平滑几次合适呢?

A：首先不建议进行平滑处理，因为平滑处理可能会导致谱图失真，例如谱峰强度或形状发生变化。如果发现谱图信噪很差，建议调整测试参数（如提高Pass energy或者增加测试时间等）来提高信噪比。

Q：请问多重分裂峰产生的原因有哪些呢？多重分裂峰不太清楚，是每个元素都会产生吗？

A：原子外层电子是一个多电子体系，其中存在复杂的相互作用。当原子的价壳层拥有未配对的自旋电子时，即当体系的总角动量j不为零时，那么XPS激发出芯能级电子所形成的空位，会与价轨道未配对自旋电子发生耦合效应，使体系出现多于一个终态，也就是在谱图上出现多个谱峰，称作多重分裂。不是每个元素都产生多重分裂峰，通常稀土金属(4f轨道上有未成对电子存在)的4s能级表现有强的分裂，过渡金属（3d轨道上有未成对电子存在）的3s能级表现有强的分裂，例如Mn 3s。因此利用s能级的多重分裂现象可以研究分子中未成对电子的存在情况，同时帮助化学态鉴别。

Q：谱峰重叠，怎么处理?

A：首先要判断是什么谱峰重叠在一起，可以有以下方法进行处理：

（a）如果是特征谱峰和俄歇谱峰发生重叠，建议更换X射线能量；

（b）如果是比较元素含量，可以选择测试元素的其他谱峰；

（c）进行解谱分析。

Q：卫星峰是什么？对于卫星峰，我们有必要进行分峰分析么？它的相对位置的标准谱有么？

A：XPS谱图中，除了特征谱峰，还存在由于终态效应导致的卫星峰，例如shake up/off峰，这些谱峰也是非常重要，可以帮助鉴定化学态。是否分峰取决于实验需求，可以查找相关文献帮助确定解谱参数，例如对Co2p的解谱，可以参照这篇文献：Accurate peak fitting and subsequent quantitative composition analysis of the spectrum of Co2p obtained with Al Kα radiation: I: cobalt spine

Q：老师刚才讲到的全谱台阶变高那里说是可能样品受到污染，请问这个污染指的是表面的污染还是内部的？

A：首先更正一下，全谱中本底台阶状升高是由于样品中更深层电子在出射过程中发生非弹性碰撞能量损失所导致，这是光电过程中正常存在的。但是如果样品表面被覆盖或者存在污染层，样品中出射的电子在穿过污染层时，会与污染物发生非弹性碰撞从而导致本底的异常抬高。在XPS测试时，这种本底的异常抬高可以帮助我们判断表面是否被覆盖或者存在污染层。

Q：吸附材料在吸附物质后为啥表面检出量很低？

A：XPS是表面敏感的分析方法，通常探测深度小于10nm。如果材料样品表面存在吸附层，在XPS可探测深度范围内，可检测到的材料含量会减少。如果表面的覆盖层的厚度大于XPS的探测深度，可能导致XPS无法检出到材料的信息。所以XPS测试的样品要求表面是清洁的。

Q：我在做有机物的XPS时会有很多氧的峰，测试过程是抽真空的，这些氧是怎么来的？

A：氧成分的来源有多种可能：

（a）样品含有氧或者易被氧化，在传递到仪器进行测试前就已经含有氧；

（b）测试时，X射线束斑照射到样品以外的区域；

（c）如果测试的是用导电胶粘的粉末样品，XPS可能探测到导电胶中的氧成分；

（d）仪器的真空较差，腔体中氧的含量较高。

       如果想要确定具体是哪种原因，需要从样品制备、传样到测试整个流程进行分析，我们在第五节课程中会讲到相关内容，请关注。

Q：XPS测试，重复几次的数据都没有重复的很好，在往高能偏，往往是什么原因造成的？

A：如果每次测试的峰位不重复且偏高结合能，很可能是样品荷电导致的，建议测试时开启仪器的荷电中和功能。

Q：对于宽带半导体，根据O1s的高结合能一侧的Energy loss spectra，为什么可以得到这个材料的禁带宽度?对于过渡金属氧化物，2p-3d共振PES与3p-3d共振PES相比，在表征VB的构成时，有哪些优缺点?

A：（a）O1s的能量损失谱是由于价带电子向导带电子跃迁而产生的，这个跃迁能量对应于Band gap，如下图所示；

（b）从文献结果看，2p-3d共振有着更高的信号强度。但是这个领域接触较少，无法提供更详细的解答，建议多查找相关文献。

03 微区分析相关问题

Q：PHI的仪器集成SXI成像功能?可以当SEM吗?

A：PHI XPS的X射线具有微聚焦扫描功能，X射线的束斑尺寸可以小于10um，所以可以进行点分析、线分析和面分析。PHI XPS的SXI影像是收集的X射线激发的二次电子影像，可以实现对分析区域的准确定位，但是空间分辨受限于X射线的束斑尺寸。然而SEM是采用的高能量电子束，所以空间分辨能力更高。

Q：Mapping适用微区面积范围和分辨率呢?

A：PHI XPS的真实X射线束斑可以达到7.5um, 也可以理解为Z小分辨率。

微区分析的面积范围通常是从100um×100um到500um×500um。

Q：EDS也有mapping，raman也有, 他们的区别是什么?

A：这三种技术的区别主要是来自于他们原理，导致他们在探测的信息和检测的深度上都有差别：XPS检测的X射线激发的光电子，EDS检测的是电子激发的特征X射线，Raman检测的是光子。所以XPS是表面灵敏的分析方法，探测深度小于10nm，可以提供元素成分和化学态信息。

04 刻蚀深度分析相关问题

Q：刻蚀深度分析过程？刻蚀的深度测定？

A：（a）XPS是表面分析方法，探测深度通常小于10nm，所以在需要结合离子源刻蚀进行深度分析，例如先用XPS测试表面信息，然后用离子源刻蚀移除表面，之后重复XPS测试和刻蚀过程。

（b）离子源的刻蚀速率会采用标准样品进行测定，刻蚀的深度可以用刻蚀速率x刻蚀时间得到。但是需要注意的是，对于不同材料，刻蚀速率会有较大差别，特别是对于复杂材料会很困难得到的真实刻蚀速率。在深度分析时，通常是关注组分或化学态随刻蚀时间的变化趋势。另外，可以采用参照样品标定刻蚀速率或者通过膜厚仪测试刻蚀坑的深度来计算刻蚀深度。

Q：刻蚀应该会造成新的缺陷，怎么避免呢?

A：这是刻蚀中的常见问题。离子束刻蚀对样品会存在破坏性，如破坏化学键和择优刻蚀，建议根据材料选择合适的刻蚀离子源，尽可能降低对样品的损伤，例如对有机材料进行深度分析时建议选择团簇离子源。另外，可以选择非破坏性的深度分析方法，例如角度分辨的XPS或者硬X射线XPS。

Q：粉末样品深度分析相关问题？

A：采用刻蚀方法进行深度分析，通常是针对薄膜样品。如果粉末样品是由纳米颗粒所组成的，对于刻蚀而言其表面到内部是混乱无序的，所以不建议采用刻蚀方法对粉末样品进行深度分析。如果是具有core-shell结构的样品，建议采用调变入射X射线的能量进行深度分析。

Q：老师怎么调节氩离子团簇聚集程度，直接调节氩气瓶上面的压力吗？怎么知道团簇中原子个数?

A：对于PHI团簇离子枪，可以通过软件直接控制流量计调节团簇离子大小。对于离子个数的测量需要专用的配件。

Q：老师以核壳结构的材料为例子时，为什么要比较两个不同激光源的谱图信息?单独使用Cr激光比较不同深度材料化学结构的差别是不是可以说明了?

A：核壳结构是由核和壳两部分构成，在表征时需要确定核和壳两部分的组成和含量差异。只用单一能量的XPS给出的测试结果，只能说明在这个深度下的元素组分，无法给出组分变化趋势。调变入射X射线能量可以得到不同探测深度的信息，低能量的X射线探测表面信息，高能量X射线探测更深的信息，这也是核壳结构表征中常用的分析方法。

       各位小伙伴们，有没有找到您的答案呢？如果还有疑问，欢迎随时提问！接下来2月26日也就是本周三下午三点，将准时开讲“UPS/LEIPS基本原则、技术特点及应用”，一定不要错过哦！

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背景简介

        可充电锂离子电池 (LIB)具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、无记忆效应等优点，自问世以来已逐渐替代传统可充电电池（如铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池），并成为现代社会中不可或缺的一部分：由于锂离子电池在能量密度上有着显著的优势，它被广泛用于笔记本电脑、智能手机、相机等大多数移动电子设备；大容量锂离子电池已在电动汽车中使用，将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一。

但是，在电动汽车 (EV) 或插电式混合动力汽车 (PHEV)中使用现有的锂电技术会带来一些安全隐患：由于目前市售的锂离子电池均含有机液态电解质，这些有机物分解电压较低、易燃易爆，在高温环境下稳定性较差。全固态电池 (ASSB) 包括电解质在内的所有组件都是固态的，在安全性和热稳定性上有着公认的优势，因此，全固态电池有望成为下一代高性能储能电池然而，固体电解质（SE）和电极界面处的内阻是ASSB实际应用的最大障碍之一，该界面处的内阻限制了锂离子在充电/放电循环期间的传输效率。尽管目前已经对ASSB的SE/电极界面进行了大量研究，但界面阻抗的形成机制仍不清楚，需要进一步研究SE和电极之间的相互作用。

             在本案例中，我们结合飞行时间二次离子质谱 (TOF-SIMS)、X射线光电子能谱 (XPS)、紫外光电子能谱 (UPS) 和低能反光电子能谱 (LEIPS) 来表征全固态电池中LiCoO2正极和LiPON电解质界面，获取了SE/电极界面处的化学成分、化学态信息，并对该界面处的价带最大值 (VBM) 和导带最小值 (CBM) 进行了测定。

图1 ULVAC-PHI最新一代TOF-SIMS、XPS产品

样品信息

         在这项研究中，所测试的样品是由金属锂负极、LiCoO2正极和LiPON电解质组成的ASSB薄膜电池。将 Pt/Ti 层涂覆在玻璃上作为正极集流体 (CCC)，再使用射频 (RF) 叠加直流 (DC) 溅射将 LiCoO2 沉积在 CCC 表面。沉积后的LiCoO2在空气中500℃环境下退火10小时使其结晶。LiPON薄膜是在0.3 Pa的氮气环境下，通过使用功率为2 kW的Li3PO4 靶材进行射频溅射制备。靶材与基板之间的距离为120 mm，LiPON沉积过程中的最高温度由贴在基板上的温度标签（TEM-PLATE，Palmer Wahl Instruments, Inc.）记录。尽管基板下方装有冷却系统，但在2小时沉积过程中最高温度仍可达到 200℃。最后，通过涂覆金属锂负极、负极集流体和保护层完成电池装置。电池横截面结构如图2所示，LiPON和LiCoO2层的厚度分别为2.2 µm和5.7 µm。电化学阻抗谱测量结果表明，该器件在LiPON/LiCoO2界面处存在内阻。

图2 FIB切割处理后的ASSB纵切面SEM影像，从上自下分别为LiPON电解质、LiCoO2正极、Pt/Ti正极集流体和玻璃基板

测试条件

          使用PHI Nano TOF 2和PHI VersaProbe 3分别对LiPON/LiCoO2界面进行TOF-SIMS分析以及XPS、UPS/LEIPS测试。详细的测试条件见表1

4.结果与讨论

4.1 TOF-SIMS分析

         图3展示了不同厚度的LiPON/LiCoO2界面处TOF-SIMS深度剖析结果。当LiPON厚度为2.2 μm时，在LiCoO2层中，观察到Co+强度呈阶梯式分布，该层能够分为两个区域：在Co+ 强度较低的区域，Li3O+相对较高，值得注意的是，此时Li3O⁺位于界面附近的LiCoO2层中。TOF-SIMS结果表明，在LiPON/LiCoO2界面附近存在具有特定化学状态的中间层。不过有趣的是，当LiPON厚度为100nm时，LiPON/LiCoO2 界面却没有观察到明显的中间层。

         尽管在2.2 µm厚的 LiPON/LiCoO2界面上观察到了非常独特的化学状态，但在100 nm厚的LiPON/LiCoO2样品中却没有观察到类似的现象。接下来，我们用XPS研究了LiPON膜的厚度差异对界面化学性质的影响。

图3 不同厚度LiPON/LiCoO2样品的TOF-SIMS深度剖析结果：(a)2.2 μm；(b)100 nm

4.2 XPS分析

         为了探究制造过程中热量对LiPON固态电解质层的影响，这里我们使用加热样品托在XPS分析腔体中对100 nm厚的LiPON/LiCoO2样品进行加热，温度控制在200ºC下保持2小时，之后冷却至室温进行XPS分析，该加热条件模拟了薄膜固态电池制造过程中基板的温度变化。图4(a)展示了加热前LiPON/LiCoO2样品表面的XPS精细谱结果，在加热前，在Co 2p3/2谱图中可以观察到来自Co3⁺的卫星峰，表明在沉积100 nm厚的LiPON薄膜后，样品表面仍存在少量的LiCoO2，这主要是因为LiCoO2的表面粗糙度约为100 nm，因此在表面检测到1.8% Co(详见表2)；在对样品加热后，如图4(b)所示，Co 2p3/2谱图中未能观察到Co3⁺卫星峰并出现了金属Co的信号，但在对LiCoO2表面进行相同的热处理时，Co的化学状态却保持为 Co3+。上述结果表明，在加热过程中LiPON和LiCoO2之间会发生一些相互作用。

图4 层厚为100 nm的LiPON/LiCoO2样品XPS窄谱结果：(a)加热前；(b)加热后；(c)LiCoO2标样图谱

         表2展示了该样品加热前后表面XPS精细谱数据的定量分析结果：N/P的浓度比为0.49，加热前后几乎没有变化，而O/P比从3.5增加到3.8；这表明在加热过程中有氧原子结合到LiPON中。据此，我们可以得知Co的还原发生在界面附近的LiCoO2层内。综上所述，受薄膜固态电池制造环境中温度的影响，SE/正极界面处化学成分和化学态会发生变化，这些界面处的化学成分和化学态的变化可能会导致界面电阻的增加。

4.3 UPS/LEIPS分析

        为了测量LiPON和LiCoO2的能带结构，在本实验中制备了单层的LiPON和LiCoO2，并使用UPS和LEIPS测定其VBM和CBM。LiCoO2和LiPON表面的UPS/LEIPS测试结果如图5所示，通过UPS/LEIPS分析可以很全面地表征两种材料的电子能级结构。

图5 UPS/LIEPS分析结果：(a) LiCoO2；(b) LiPON

         图6显示了两种材料的能带结构相对于真空能级的示意图。从结果上可以看出，由于LiCoO2的费米能级低于LiPON的费米能级，因此，在LiPON沉积到LiCoO2上的初始阶段，LiPON中的电子扩散到了LiCoO2中，这些电子可能诱导了Co的还原。此外，温度升高可能会促进LiPON 和LiCoO2之间的相互作用。如果可以在LiPON沉积过程中抑制温度的升高，则可以防止Co 还原。

图6 LiCoO2和LiPON电子能级示意图

5.小结

        利用 TOF-SIMS、XPS 和 UPS/LEIPS多种表面分析技术对薄膜固态电池中SE和正极的界面进行了详细表征，研究了SE/正极界面处的内阻形成机制，获得了以下信息：

(1) TOF-SIMS分析：深度剖析结果表明，由于固态电解质LiPON蒸镀沉积过程中会累积热量，从而使得温度升高，高温下SE/正极界面处的化学成分发生了变化：在沉积了2.2 μm的LiPON后，下方的正极材料LiCoO2出现了分层现象。

(2) XPS分析：XPS精细谱和定量分析结果表明，在LiPON的制造过程中，可以从下方的LiCoO2中引入氧原子，使得Co从Co3+还原为Co0+。该副反应会进一步导致LiCoO2的分解。

(3) UPS/LEIPS分析：能级排列分析结果表明，从LiPON到LiCoO2的电子扩散可能触发了Co的还原。此外，制造过程中温度的升高促进了LiPON和LiCoO2之间的相互作用。因此，对于这类薄膜固态电池而言，抑制Co还原将是最小化内阻的关键因素。

        全面的表面分析是材料评估的关键，TOF-SIMS、XPS、UPS/LEIPS可以提供有关ASSB的详细信息，可进一步了解 SE/电极之间的相互作用，这对于全固态电池生产方法的评估与改进具有重要意义。

此研究工作由ULVAC-PHI实验室的应用科学家Shin-ichi Iida团队完成。

文章来源：

https://doi.org/10.1116/6.0001044

     “PHI CHINA表面分析技术网络讲堂之光电子能谱ZT”在上周已经开讲两课啦，有90多所高校和科研院所的共计千余名师生参与学习与讨论。就“XPS基本原理、技术特点及应用”内容，主讲老师鞠焕鑫博士给大家作了知识点总结。相信小伙伴们已经迫不及待的想要了解了吧！快快拿起您的纸和笔，让我们一起来划ZD：

       疫情虽在，学习不断。希望PHI CHINA的课程可以为小伙伴们增加一些实在又实用的知识。接下来的两周，PHI CHINA将继续为大家献上光电子能谱的ZT讲座，快来为即将到来的开学学习暖暖身吧！

       下节课“UPS/LEIPS基本原理、技术特点及应用”在2月26号本周三下午三点准时开讲。

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引言

拉力试验机是一种用于测试材料拉伸性能的实验设备，常用于评估材料的强度、弹性、韧性等性能。本文将详细介绍拉力试验机的基本原理、使用方法及其优缺点，并探讨其在实际应用场景中的重要性和应用价值。

基本原理

拉力试验机主要通过拉伸试样来测试材料的力学性能。试验机一般由主机、控制系统、检测系统、夹具等组成。在测试过程中，试样被安装在夹具中，然后通过主机施加拉伸载荷。同时，试验机将记录试样的应力、应变、位移等数据，以评估材料的力学性能。

使用方法

使用拉力试验机时，首先需要选择合适的试样形状和尺寸，并将其安装到试验机的夹具中。然后，设置试验机的控制参数，如拉伸速率、加载方式等。在测试过程中，试验机将自动记录数据，并在测试结束后生成测试报告。

拉力试验机具有测试结果准确、操作简便、可重复性强等优点。同时，它也能够提供关于材料力学性能的丰富信息，为材料研究和开发提供指导。然而，拉力试验机也存在一定的不足，如测试结果受试样形状和尺寸影响较大、需要专业操作等。

实际应用

在航空、汽车、机械、电子等领域，拉力试验机具有重要的应用价值。通过拉力试验机的测试结果，可以了解材料在拉伸载荷下的力学性能，进而指导材料的研究与开发。此外，拉力试验机还可以用于评估生产过程中材料的质量控制。

结论

拉力试验机在测试材料力学性能方面具有重要应用价值。它能够提供关于材料力学特性的丰富信息，为材料研究和开发提供指导。尽管拉力试验机存在一定的不足，如测试结果受试样形状和尺寸影响较大、需要专业操作等，但其优点如测试结果准确、操作简便、可重复性强等，使得拉力试验机在航空、汽车、机械、电子等领域中具有广泛的应用前景。未来，随着科学技术的发展，期待出现更加精确、便捷的拉力试验机，为材料研究和开发提供更多有用的信息。

炭黑含量测试仪是一种用于测量材料中炭黑含量的仪器。本文将介绍炭黑含量测试仪的基本原理、使用方法及其优缺点，并结合实际应用场景阐述其重要性和应用价值。

基本原理

炭黑含量测试仪的基本原理是通过在氧气环境中燃烧样品中炭黑，对材料中的炭黑进行定量分析。

使用方法

使用炭黑含量测试仪需要按照以下步骤进行：

1. 准备样品：将待测1g样品，并按照测试并放入燃烧舟。
   

2. 开机预热：打开测试仪，通几分钟氮气，设置升温程序。

3. 放置样品：将准备好的样品放入石英管中。

4. 开始测试：按下测试按钮，试验结束后拿出样品。

5. 数据处理：根据公式计算出测试结果。

炭黑含量测试仪的优点包括：

1. 精度高：可以精确测量材料中的炭黑含量。

2. 快速方便：测试速度快，操作简单方便。

3. 适用范围广：可以用于测量各种材料中的炭黑含量，如塑料、橡胶、涂料等。

炭黑含量测试仪的缺点包括：

1. 价格较高：仪器价格相对较高，不是所有用户都能承担。

2. 需要专业操作：需要对操作人员进行专业培训，否则会影响测试结果的准确性和可靠性。

实际应用

炭黑含量测试仪在工业生产、科学研究、质量检测等领域有广泛的应用。在工业生产中，可以利用炭黑含量测试仪对原材料中的炭黑进行定量分析，从而控制生产过程中的原料配比和产品质量。在科学研究领域，可以利用炭黑含量测试仪对新型材料中的炭黑进行定量分析，从而了解材料的物理和化学性质。在质量检测中，可以利用炭黑含量测试仪对产品中的炭黑进行定量分析，从而保证产品的质量和安全性。

结论

未来，随着科学技术的不断发展和进步，炭黑含量测试仪将会更加完善和先进，为材料研究和生产提供更加准确和可靠的数据支持。同时，随着人们对材料性质和反应过程的理解不断深入，炭黑含量测试仪将会发挥更加重要的作用，为科学研究和社会发展做出更大的贡献。

2009年至今，钙钛矿太阳能电池光电转换效率已经从3.8%增长到了31.25%（串联硅钙钛矿太阳能电池），成为发展最快的太阳能电池技术，但是研究者们认为，这类材料的性能依然有提升的可能。

在室外运行的太阳能电池材料不可避免地受到紫外线的辐射，并且在高温条件下工作。但是钙钛矿太阳能电池对环境温度、紫外线等十分敏感，钙钛矿吸光材料容易发生分解导致电池性能下降或失效。因此，钙钛矿太阳能电池器件的稳定性研究受到重视。利用紫外光电子能谱(UPS)和低能量反光电子能谱(LEIPS)分析钙钛矿在裂解时能级的变化，有助于解析其裂解机制。

紫外光电子能谱和低能量反光电子能谱

如图1所示，紫外光电子能谱(UPS)，是基于光电效应，利用紫外光（hν=21.22 eV）激发价带电子, 可以获取样品价带位置（VB/HOMO）、功函数（Ф）和电离势（IE）信息。低能量反光电子能谱（LEIPS）是采用低能量电子（小于5 eV）入射到样品表面，与未占据态（导带）耦合释放出光子，然后通过光子探测器对发射光子进行检测，从而获取样品导带（CB/LUMO）和电子亲和势（EA）的信息。将UPS与LEIPS结合，可以完整地表征出样品的能带电子结构。

图1. UPS和LEIPS的基本原理

图2. PHI XPS系统功能示意图

PHI XPS系统采用低能量电子（小于5 eV）作为LEIPS入射电子源，可以减弱电子束照射引起的样品损伤，提供更加可靠的导带信息。如图2所示，PHI XPS 系统在分析腔体上集成了XPS、UPS和LEIPS，可以原位对样品完成组分、化学态、价带和导带等完整电子结构的测试，结合Ar离子枪和团簇离子枪（GCIB/C60）可以进一步完成深度方向上电子结构的探测。

应用

制备3组相同钙钛矿（CH3NH3PbI3）薄膜样品，开展对照实验：

1）样品1 ：新鲜的钙钛矿样品；

2）样品2：在85℃条件下加热一周后的样品；

3）样品3：在254nm 紫外线下照射一周后的样品。

利用UPS和LEIPS技术，可以很全面地表征材料相对于真空能级的能带电子结构。结果如图3所示，经过加热处理的样品，无论是费米能级、电子亲和势，还是带隙都与未处理样品没有明显差异，表明样品在高温下比较稳定。

然而经过紫外线照射的样品，则差异明显，即电子亲和势减小，带隙增大。众所周知，带隙越大，材料的电导率也越低。显然，在紫外线的照射下样品不稳定，表明钙钛矿已经发生了分解。

图3. 3个样品表面相对于真空能级的能带图

Ref：LEIPS：H. Yoshida, Chem. Phys. Lett., 539540 (2012)180-185

我们利用UPS和LEIPS可以得到钙钛矿样品完整且精准的能带电子结构，实验结果表明温度和紫外线照射对于钙钛矿材料能级结构的影响有明显差异，其中紫外线照射后带隙加宽，说明钙钛矿已经裂解。PHI XPS搭载的XPS、UPS和LEIPS原位分析装置能够提供完整的钙钛矿太阳能电池材料的能带电子信息，为深入理解材料/器件构效关系提供重要指导。

　　移液吸头

　　BUNSEN本生移液吸头不仅高度适配 Eppendorf 移液器，也具备和市场上主流移液器的通用适配性，提供 10 μL、200 μL和 1000 μL的规格。

　　产品信息

　　BUNSEN本生移液吸头设计适配市场上绝大部分主流移液器。

　　吸头选用高品质聚丙烯材料，每个产品批次都通过严格的测试，确保始终如一的优良品质;表面高度光滑，可有效防止样品挂壁，进而确保实验的重复性。吸头经优化设计，确保良好的密封性，应用于移液、分液、混匀;填充孔板和反应管以及上清液的萃取和清除等实验操作。

　　BUNSEN本生移液吸头具有高洁净，经过认证，无DNA酶、无RNA酶 、无热原，可应用于多种实验步骤，包括液体移取、分装、混匀，实验容器和工作板加样等。

　　BUNSEN产品优势：

　　> 提供10μL、200μL和1000μL三种常用规格

　　> 吸头设计经优化，适配Eppendorf移液器，确保实验度

　　> 选用高品质聚丙烯材料，无DNase、RNase、热原和人源DNA

　　> 吸头表面光滑，可减少样品残留，确保实验的重复性

　　> 采用薄壁孔设计，防止样品挂壁

　　BUNSEN产品特性：

　　01. 适配度：

　　Eppendorf 移液器适配，并通用适配市场主流移液器，密封性更好

　　02. 洁净别：

　　无 DNA 酶、无 RNA 酶、无热原、无人源 DNA

　　03. 材料：

　　高品质聚丙烯材料制成，性能

　　04. 精良工艺

　　标准化生产工艺和严格测试，确保质量一致性

　　05. 市场应用

　　优化的吸头尖部设计，适用于多种管口

　　BUNSEN本生移液吸头本生一直视质量控制为企业的生命，追求企业竞争力的不断提升。公司在经营中始终秉承：遵纪守法，严于律己，宽仁以待，敢于承担的企业精神作为标准，以过硬的质量和优良的服务来维护和拓展市场，较大限度的满足客户的需求。与客户的共赢，是我们的发展目标。本生!您信任的合作伙伴。我们愿与您真诚合作，共创美好的未来。

薄膜蒸发器是通过旋转刮膜器强制成膜，并高速流动，热传递效率高，停留时间短，可在真空条件下进行降膜蒸发的一种新型蒸发器。薄膜蒸发器是一种蒸发器的类型，特点是物料液体沿加热管壁呈膜状流动而进行传热和蒸发，优点是传热效率高，蒸发速度快，物料停留时间短，因此特别适合热敏性物质的蒸发。

薄膜蒸发器机组由蒸发器、汽液分离器、预热器三个部件和一只简易分离器组成，蒸发器为升膜式列管换热器。该蒸发器具有生产能力大、效率高、物料受热时间短等特点，适用于制药、食品、化工等行业的稀溶液浓缩，本设备与物料接触部分均采用不锈钢制造，具有良好的耐腐蚀性能，经久耐用，符合药品卫生要求。

性能特点：真空压降小，操作温度低，受热时间短，蒸发强度高，操作弹性大。 在热交换工程中，刮板式薄膜蒸发器得到广乏的应用。尤其对热敏性物料（时间短暂）的热交换，刮膜器有利于热交换的进行，并通过不同的刮膜器设计，能进行复杂产品的蒸馏。