半岛BD体育新闻报道I《焦点访谈》20221206 科技成果 落地生“金”—PHI表面分析技术助力科技成果转化2022年12月6日，中央电视台《焦点访谈》对科技成果转化情况进行了报道。党的二十大报告中强调，必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力。作为创新要素最活跃的地方，高等院校与科研院所一度受困于体制机制和市场对接困难，大量科技成果长期“藏在深闺人未识”。随着一系列政策法规逐步落实，这个难题正逐步得到破解，如何进一步促进科技成果转化，让更多创新成果更快走出实验室，转化为现实生产力，众多高校和科研院所正积极作为。作为先进表面分析技术的代表，PHI表面分析仪器一直致力于为科技创新提供技术支持，并在本期《焦点访谈》多次出镜展示。科研人员正在使用的仪器是PHI Versaprobe III,这是一款X射线光电子能谱仪（X-ray photoelectron spectroscopy，简称XPS）。XPS采用X射线激发样品产生光电效应，通过能量分析器分析出射光电子的能量，以表征材料表面的元素组分和化学态等信息。PHI XPS是扫描微聚焦型XPS设备，采用先进的扫描微聚焦X射线源，突破了传统XPS的几百微米束斑的限制，将X射线微米以下，实现了微区XPS的测试能力，可以将材料/器件的点分析扩展到多点同时分析、线分析和面分析，为复杂科学问题的研究和高精度失效分析提供了重要的技术支持。科研人员正在使用的仪器是PHI Nano TOF II,这是一款飞行时间二次离子质谱仪（Time of Flight-Secondary Ion Mass Spectrometer 简称TOF-SIMS）。TOF-SIMS采用一次脉冲离子轰击材料表面激发出二次离子，通过飞行时间质量分析器分析二次离子的质量数，以表征材料表面的元素成分、分子结构和分子键接等信息。PHI TOF-SIMS仪器具有高检测灵敏度（ppm-ppb）、高质量分辨率(M/DM>

　　新闻报道I《焦点访谈》20221206 科技成果 落地生“金”—PHI表面分析技术助力科技成果转化2022年12月6日，中央电视台《焦点访谈》对科技成果转化情况进行了报道。党的二十大报告中强调，必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力。作为创新要素最活跃的地方，高等院校与科研院所一度受困于体制机制和市场对接困难，大量科技成果长期“藏在深闺人未识”。随着一系列政策法规逐步落实，这个难题正逐步得到破解，如何进一步促进科技成果转化，让更多创新成果更快走出实验室，转化为现实生产力，众多高校和科研院所正积极作为。作为先进表面分析技术的代表，PHI表面分析仪器一直致力于为科技创新提供技术支持，并在本期《焦点访谈》多次出镜展示。科研人员正在使用的仪器是PHI Versaprobe III,这是一款X射线光电子能谱仪（X-ray photoelectron spectroscopy，简称XPS）。XPS采用X射线激发样品产生光电效应，通过能量分析器分析出射光电子的能量，以表征材料表面的元素组分和化学态等信息。PHI XPS是扫描微聚焦型XPS设备，采用先进的扫描微聚焦X射线源，突破了传统XPS的几百微米束斑的限制，将X射线微米以下，实现了微区XPS的测试能力，可以将材料/器件的点分析扩展到多点同时分析、线分析和面分析，为复杂科学问题的研究和高精度失效分析提供了重要的技术支持。科研人员正在使用的仪器是PHI Nano TOF II,这是一款飞行时间二次离子质谱仪（Time of Flight-Secondary Ion Mass Spectrometer 简称TOF-SIMS）。TOF-SIMS采用一次脉冲离子轰击材料表面激发出二次离子，通过飞行时间质量分析器分析二次离子的质量数，以表征材料表面的元素成分、分子结构和分子键接等信息。PHI TOF-SIMS仪器具有高检测灵敏度（ppm-ppb）、高质量分辨率(M/DM16000)和高空间分辨率(，为新型材料/器件的开发和失效分析提供了重要的技术支持。正如《焦点访谈》所言科技创新需要制度创新的协同。赋权激励、产研结合、专业服务，在多方探索下，一条条科研成果转化的“绳索”被去除。PHI作为表面分析仪器厂商，不仅致力于提供专业的高性能仪器产品（XPS、AES、TOF-SIMS和D-SIMS），而且致力于表面分析技术的推广和应用，与用户携手科技创新，引领未来！视频链接：

　　关键词：XPS、电池氧化还原反应、电解质、表界面表征材料表/界面的属性对材料的性能具有重大影响，如表面氧化、腐蚀、污染、偏析、薄膜结构、成分变化和形状变化等，往往决定了材料的性能和使用寿命。 X射线光电子能谱仪(XPS)作为一种重要的表面分析技术，在表/界面组分的确定、元素化学态分析以及相对含量的测试方面具有诸多优势，结合离子溅射技术，还能实现对材料深度方向的追踪探索，对探究材料的构效关系起到了重要的作用。用户简介东京大学（The University of Tokyo，简称东大）成立于1877年，是日本第一所国立综合性大学。距今已有145年历史的东大拥有10个大学部，15个研究生院，以及数万师生。东京大学大学院工学系研究科综合研究所作为东大重要的科研机构之一，与诸多世界领先的工程研究人员开展合作交流，旨在开拓世界上最先进的工程，为社会的进步作出贡献。研究所是集纳米工程、电子显微镜、X射线和表面分析，以及激光产业技术于一体的大型科研实验设备共享平台。该研究所配备了世界上最为先进的XPS、TEM、STEM、XRD和MARS等设备，其中包括ULVAC-PHI公司的PHI 5000 VersaProbe II（XPS）、PHI 5000 VersaProbe III（XPS）和PHI Quantera（XPS）仪器，为相关研究提供了重要的实验支撑。[1]图1. 东京大学大学院工学系研究科综合研究所的PHI VersaProbe XPS设备。图1为该研究所购置的PHI VersaProbe III XPS设备，拥有X射线扫描微聚焦功能，可以实现大面积样品和微区样品的高灵敏度XPS测试。此外，该设备还配备了丰富的功能配件，包括原位四探针平台（4-contact Heating/Cooling Stage）和用于AES分析的扫描电子枪配件（Scanning Auger electron Microscope，SAM）等。接下来，敬请欣赏东京大学利用PHI XPS所发表的研究成果：研究成果1[2]水系锂离子电池的电解质不是有机溶液而是水溶液，因此具有可持续性、低成本、高安全性和环境友好等优点，是一种很有前途的电化学储能设备。然而，由于水溶剂狭窄的电化学势窗口(1.23 V)，导致其工作电压低，能量密度小，严重限制了正极和负极的选择，从而阻碍了水系锂离子电池的应用。研究发现高浓度盐策略能够解决这一难题，可将含水电解质的电化学势窗口扩大到3 V以上。高浓度水电解质可能具有氧氧化还原活性，但是其与高性能电极材料的相容性以及对锂离子电池性能的影响知之甚少。对此，东京大学Atsuo Yamada教授团队结合之前的研究成果，进一步探究了富锂过渡金属氧化物(Li1+xM1-xO2)与水合熔盐电解质的相容性。利用PHI XPS设备对三种不同的富锂过渡金属氧化物，即Li2RuO3、Li1.2Ni0.2Mn0.6O2和Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2进行了系统的XPS表征（见图2）。XPS结果表明，颗粒表面的Ni发生了还原，证明Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2在水合熔盐电解质中不稳定。相关研究成果发表在《Advanced Science》期刊。    图2. Li1.2Ni0.2Mn0.6O2和Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的XPS谱图。[2]这项工作不仅证明了正确的集成设计的重要性，同时还体现了XPS作为分析电池材料中重要的技术手段，可实现对电池材料的全面表征，得到电池材料表面元素以及化学态的定性定量分析，为进一步研究和提升电池性能提供依据和指导。研究成果2[3]散热材料的导热性直接关系到高速通信或电动汽车等电力电子设备的性能和稳定性，尤其是复合材料的界面，因其是声子的散射体（导致热阻）而备受关注。为了提高界面的热导率，传统的做法是增加界面的结合力（界面键合）。然而，东京大学Junichiro Shiomi团队却发现了与常规相反的现象，即弱作用力界面可以比强键合界面提供更高的界面热导。作者在金刚石基板表面合成自组装单层，并在其上沉积铜。利用自组装单层粘合软铜和硬钻石之间的界面，并通过调节自组装单层分子末端的官能团来改变界面的结合强度，同时采用时域热反射法系统的测量界面的热导率。结果发现，以弱范德华力结合的界面比以强共价键结合的界面显示出更高的热导率。为深入了解界面上的结合强弱对热导率的影响，借助PHI XPS设备对铜/自组装单层的晶格的界面处进行了化学态分析，并证明了界面处形成了Cu-S共价键（见图5）。结果表明自组装单层有效地增加了界面上频带的重叠，使声子更容易穿透，界面上的键越弱，重叠越大，自组装单层的声子频带介于铜和金刚石之间，因此材料的导热性得到改善。相关研究成果发表在《Science Advances》期刊。图3. Cu/SAM（自组装单层）界面附近氩离子溅射后的XPS谱图。[3]ULVAC-PHI公司始终致力于开发和制造先进的表面分析仪器，包括XPS、AES、TOF-SIMS以及UPS/LEIPS/SAM/REELS/离子源等相关配件，为提升仪器性能和扩展设备功能而不懈努力，同时提供优质的技术服务，期盼与用户共同推动表面分析技术的大力发展和应用拓展。参考文献：[1]

　　1.用户简介北京理工大学材料学院作为国家首批博士学位授权点和首批博士后流动站，主要致力于在燃烧、爆轰、超高速、超高温等极端条件下面向装备服役的先进特种材料的研究，同时促进新材料的军民融合应用与协同发展，在国防/民用的新能源、阻燃、光电信息等新材料前沿研究方面不断强化。[1]为对各类功能材料进行全面表征和深入研究，材料学院于2018年建立了先进材料实验中心，配备了飞行时间二次离子质谱仪（TOF-SIMS，PHI Nano TOF II）、扫描微聚焦式X射线光电子能谱仪（XPS，PHI Quantera II和PHI Versaprobe III）、高分辨冷场发射扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、多功能X射线衍射仪（XRD）、电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）、液体及固体核磁共振波谱仪（NMR）等近40台（套）先进的分析测试仪器设备，将实验中心打造成国际一流的先进材料研究平台，大力推动了学院在锂离子电池能源材料、钙钛矿发光材料、光伏材料、阻燃材料等的研究进展。[2] 2. 用户成果赏析光伏发电新能源技术对于实现碳中和目标具有重要意义。近年来，基于有机-无机杂化钙钛矿的光电太阳能电池器件取得了飞速的发展，目前报道的最高光电转化效率已接近26%。卤化物钙钛矿材料具有无限的组分调整空间，因此表现出优异的可调控的光电性质。然而，由于多组分的引入，钙钛矿材料生长过程中会出现多相竞争问题，导致薄膜初始组分分布不均一，这严重降低器件效率和寿命。图1. 钙钛矿晶体结构。由于目前用于高性能太阳能电池的混合卤化物过氧化物中的阳离子和阴离子的混合物经常发生元素和相分离，这限制了器件的寿命。对此，北京理工大学材料学院陈棋教授等人研究了二元（阳离子）系统钙钛矿薄膜(FA1-xCsxPbI3，FA：甲酰胺)，揭示了钙钛矿薄膜材料初始均一性对薄膜及器件稳定性的影响。研究发现，薄膜在纳米尺度的不均一位点会在外界刺激下快速发展，导致更为严重的组分分布差异化（如图2所示），最终形成热力学稳定的物相分离，并贯穿整个钙钛矿薄膜，造成材料退化和器件失活。该研究成果以题为“Initializing Film Homogeneity to Retard Phase Segregation for Stable Perovskite Solar Cells”发表在Science期刊。[3]  图2. 二元 FAC 钙钛矿的降解机制。（A-H）钙钛矿薄膜的组分初始分布和在外界刺激下的演变行为。（I-N）热力学驱动下，钙钛矿薄膜的物相分离现象的TOF-SIMS表征。 TOF-SIMS作为重要的表面分析方法，具有高检测灵敏度（ppm-ppb）、高质量分辨率(M/DM>

　　16000)和高空间分辨率(能力。在本研究中利用北京理工大学先进材料实验中心的PHI Nano TOF II飞行时间二次离子质谱仪对发生老化后（晶体相变）的钙钛矿薄膜进行表征，从2D元素分布图中观察到薄膜中的阳离子Cs与FA同时发生了分离（如图2所示），并形成尺寸为几到几十微米的相，将二者的元素分布图像叠加后（见图2 K），观察到分离后的Cs/FA偏析区域在空间上形成互补，证明了每个区域的组成与其晶体结构相关联。此外，TOF-SIMS 3D影像（图2L至2N）表明，垂直方向分布相对均匀，阳离子在不同深度上的聚集方式与表面类似。TOF-SIMS结合XRD和PL结果证明了由于阳离子的局部聚集，从而导致了相分离。 此外，从降解初期的FACs钙钛矿薄膜的TOF-SIMS图像中明显能观察到无域（见图3A）Cs的信号更强，表明了区域1（与图2A和E中标注位置一一对应）中的Cs+阳离子有迁移到区域2和3，进一步表明了该膜的降解是由Cs偏析和随后的相变所引起的。 图3. 二元阳离子FACs钙钛矿膜在降解初期的TOF-SIMS图。 该研究采用Schelling的偏析模型，并结合TOF-SIMS及其他实验观察数据结果表明：（1）钙钛矿薄膜初始均一性对薄膜的老化行为有显著影响：薄膜在纳米尺度的不均一位点会在外界刺激下快速发展，导致更为严重的组分分布差异化，最终形成热力学稳定的物相分离，并贯穿整个钙钛矿薄膜，造成材料退化和器件失活。（2）薄膜均一性的提升将显著减缓其老化速率：通过在钙钛矿前驱体溶液中引入弱配位的添加剂硒酚，有效调控了溶液胶体环境，提升了薄膜均一性。实验结果表明，均一性提升的薄膜在热、光老化条件下，表现了较好的稳定性，在实验周期内未出现显著的物相分离。同时，经过进一步的器件优化，所制备的太阳能电池器件展现了良好的光电性能，在1 cm²器件上，获得了23.7%的认证效率。在不同温度条件下，器件在LED光源持续照射下，也表现了良好的工作稳定性。 3. TOF-SIMS表面分析方法飞行时间二次离子质谱仪（Time of Flight-Secondary Ion Mass Spectrometer，TOF-SIMS）是由一次脉冲离子束轰击样品表面所产生的二次离子，经飞行时间质量分析器分析二次离子到达探测器的时间，从而得知样品表面成份的分析技术，具有以下检测优势：（1）兼具高检测灵敏度（ppm-ppb）、高质量分辨率(M/DM>

　　16000)和高空间分辨率(；（2）表面灵敏，可获取样品表面1-2个原子/分子层成分信息 (≤2nm)；（3）可分析H在内的所有元素，并且可以分析同位素；（4）能够检测分子离子，从而获取有机材料的分子组成信息；（5）适用材料范围广：导体、半导体及绝缘材料。 图4. TOF-SIMS可以提供的数据类型。 目前，TOF-SIMS作为一种重要的表面分析技术，可以用于样品的表面质谱谱图分析，深度分析，2D以及3D成像分析，所以被广泛应用于半导体器件、纳米器件、生物医药、量子材料以及能源电池材料等领域。 参考文献[1] 

　　近日，“ULVAC-PHI中国子公司成立仪式暨2023全国表面分析新技术与应用研讨会”在江苏南京成功召开。此次会议上，PHI CHINA正式回归ULVAC-PHI总部，并成立爱发科费恩斯(南京)仪器有限公司。这是ULVAC-PHI发展的一个里程碑，也是爱发科发展的一个新起点，为技术研发和售后服务等能力提供了强大的支持，同时也有助于集团为国内外客户提供更具高性能的产品设备和更优质完善的技术服务。会议还邀请了表面分析领域的技术专家和研究学者，围绕XPS、TOF-SIMS和AES等前沿技术进展及其在多学科中的应用进行学术交流。 成立仪式 △ ULVAC-PHI中国子公司成立仪式△ 原 泰博 - 致 辞ULVAC- PHI，Inc.   △ 岩下 節生-致 辞爱发科△ 嘉 宾-致 辞△ 叶上远-致 辞PHI CHINA / 爱发科费恩斯（南京） 专家报告 △ 鞠焕鑫 PHI CHINA/爱发科费恩斯（南京）《ULVAC-PHI表面分析技术最新进展》△ 姚文清  清华大学《表面化学分析标准化进展与成效》△ 朱雷 胜科纳米（苏州）股份有限公司《表面分析在NSOP失效方面的应用》△ 国洪轩 东南大学《二维材料中低能带电粒子散射平均自由程的测量》△ 宋廷鲁 北京理工大学《回首十七载，与PHI共成长》△ 宁艳晓 中国科学院大连化学物理研究所《电场诱导固态电极/电解质界面重构的原位XPS研究》△ 姚宏斌 中国科学技术大学《新型氯化物固态电解质/锂金属界面探究》△ 薛景中 台湾中央研究院《Validated Analysis of Component Distribution Inside Perovskite Solar Cells and Its Utility in Unveiling Factors of Device Performance and Degradation》△ 叶思思 天目湖先进技术储能研究院《表界面表征分析技术在电池领域中的应用》会议结束后，公司还邀请了与会人员参观南京实验室，大家积极互动，现场氛围十分热烈。△ 参观环节会议圆满落幕，预示着爱发科的成长与发展步入了新的阶段。接下来，爱发科将以更好的产品和服务为中国表面分析行业的持续发展做出贡献！△ 与会人员合影

　　1.引言有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）是基于多层有机薄膜结构的电致发光的器件，用作平面显示器时具有轻薄、柔性、响应快、高对比度和低能耗等优点，有望成为新一代主流显示技术。然而，高效率和长寿命依然是阻碍OLED发展的重要因素，因为有机材料易降解和器件界面结构不稳定从而导致OLED器件失效。在此背景下，迫切需要了解器件的退化机制，从而在合理设计和改进材料组合以及器件结构的基础上，找到提高器件寿命的有效策略。 图1. 基于OLED柔性显示器件2. TOF-SIMS表面分析方法研究有机/无机混合OLED器件的界面效应是提高其性能和运行稳定性的关键步骤。在众多分析方法中，飞行时间二次离子质谱仪（Time of Flight-Secondary Ion Mass Spectrometer，TOF-SIMS）是表征有机层及其内部缺陷的有效分析工具。 TOF-SIMS是由一次脉冲离子束轰击样品表面所产生的二次离子，经飞行时间质量分析器分析二次离子到达探测器的时间，从而得知样品表面成份的分析技术，具有以下检测优势：（1）兼具高检测灵敏度（ppmm-ppb）、高质量分辨率(M/DM>

　　16000)和高空间分辨率(；（2）表面灵敏，可获取样品表面1-2个原子/分子层成分信息 (≤2nm)；（3）可分析H在内的所有元素，并且可以分析同位素；（4）能够检测分子离子，从而获取有机材料的分子组成信息；（5）适用材料范围广：导体、半导体及绝缘材料。目前，TOF-SIMS作为一种重要的表面分析技术，可以用于样品的表面质谱谱图分析，深度分析，2D以及3D成像分析，所以被广泛应用于半导体器件、纳米器件、生物医药、量子材料以及能源电池材料等领域。 3.应用简介基于Alq3（8-hydroxyquinoline, aluminum salt，8-羟基喹啉和铝，分子结构见图2）的OLED器件，因其宽视角、高亮度和低功耗的特性，成为下一代平板显示器最有潜力的备选之一。这类器件具有“三明治”结构，在两个电极之间夹有多个有机层。对于OLED器件的研究不仅专注于探索有机材料，还要进行失效分析来确定故障（如显示黑点）产生的原因。在这里，我们展示了TOF-SIMS 对Alq3有机层进行了全面表征。 图2. Alq3的分子结构式 图3和图4均为市售Alq3材料在正离子模式下的TOF-SIMS谱。TOF-SIMS结果表明，利用Au+和Ga+离子源均可检测到Alq3碎片的质量特征峰，但Au+离子源对这些碎片的灵敏度更高。比如，对比相同离子电流下的Au+和Ga+离子束对质量数为315的Alq2分子碎片的灵敏度，发现前者灵敏度提高了23倍。此外，只有Au+离子源才能检测到质量数超过1000的质量片段。这些质谱体现出使用Au+源分析Alq3这类分子量较大的材料的优势。 图3. 正离子模式下Alq3的TOF-SIMS谱。分析条件: 一次离子束Au+，22 keV；样品电流：0.07 pA；分析面积：300 μm2；数据采集时间10 min。 图4. 正离子模式下Alq3的TOF-SIMS谱。分析条件: 一次离子束Ga+，15 keV；样品电流：0.3 pA；分析面积：300 μm2；数据采集时间10 min。 此外，Alq3薄膜必须在高真空条件下沉积才能保持其完整性。为研究大气对Alq3薄膜的影响，分别对暴露在空气前后的样品进行了TOF-SMIS表征，结果如图5所示。TOF-SMIS证明了暴露大气后Alq3薄膜发生了分解，并且随着暴露时间的增长，AlqO2质量片段的强度增加，表明水分和氧气会显著改变Alq3的组成。 图5. 负离子模式下Alq3在大气中暴露前后在的TOF-SIMS谱。分析条件: 一次离子束Ga+，15 kev；分析面积：300 μm2。 总之，三重离子束聚焦质量分析器（Triple Ion Focusing Time-of-Flight，TRIFT）结合Au+离子源能显著提高仪器的灵敏度和降低本底，增强TOF-SMIS检测Alq3等高质量数（大分子）材料碎片的能力。

　　锂离子电池（LIBs）在历经几十年的快速发展后，其能量密度已接近理论极限（300 Wh kg-1），这促使了锂（Li）金属化学的复兴。实际上，由于锂金属电池（LMBs）存在脆弱的固体电解质界面（SEI）和脱溶时效等因素，导致枝晶生长和与集流体分离的非活性Li（也称为“死锂”）的形成，使LMB的实际应用一直停滞不前。电解质直接影响界面处锂离子（Li+）的SEI化学和脱溶动力学。通常，会通过增加盐/配位溶剂的比例，即高浓度电解质（HCE）和局部高浓度电解质的策略来生成富含无机物的SEI以用于快速稳定的Li+传输，从而改善LMBs的电化学性能。然而，高成本和复杂的制备工艺使这一方案仍处于起步阶段。最近，弱溶剂化电解质（WSE）被认为是调节溶剂化鞘层的一种经济有效的方法。溶剂分子与Li+离子的配位模式可能对Li+离子在溶剂中的配位具有重要意义，然而目前受到关注很少。近日，清华大学李宝华教授联合昆明理工大学王贤树特聘教授等人提出了一种基于Li+和溶剂的双/三齿螯合来调节溶剂化结构的电解质设计策略，并结合DFT计算、FTIR、LSV、SEM、TEM、X-ray CT、TOF-SIMS（PHI Nano TOF II）、XPS（PHI VersaProbe 4）等技术验证了这一新策略的有效性。即新开发的双(2-甲氧基乙氧基)甲烷溶剂具有多个氧配点，可以使更多的阴离子进入Li+溶剂化鞘层，从而提高界面的化学稳定和促进快速脱溶。此外，该电解质与高负载正极和锂金属负极还具有良好的相容性以及较宽的温度适应性。这种对电解质工程的全新见解为实用的高性能锂金属电池提供了指导。该项研究以题为“Unique Tridentate Coordination Tailored Solvation Sheath Towards Highly Stable Lithium Metal Batteries”发表于国际顶级期刊《Advanced Materials》。图1. 锂金属负极的界面化学。（a-d）C2H-和LiF2-的TOF-SIMS 3D重建图，展示了分别从具有（a，c）LiFSI-DME和（b，d）LiFSI-BME电解质的循环Li Li电池中回收的Li负极的SEI结构和化学性质。（e，f）通过TOF-SIMS测量的C2H-和LiF2-相应的深度曲线。在（g，i）LiFSI-DME和（h，j）LiFSI-BME电解质中在Li金属负极上形成的SEI层的（g，h）C1s和（i，j）F1s XPS深剖结果。（k，i）在（k）LiFSI-DME和（i）LiFSI-BME电解质中的Li沉积行为和SEI形成的示意图。 为了分析与不同Li+溶剂化鞘相关的SEI层的化学成分分布和微观结构，对循环50次后从LiLi电池上拆下的Li箔进行了TOF-SIMS表征（见图1a~f）。结果表明SEI主要由碳酸盐分解产生的有机物组成，此外，大量的LiFSI参与了负极电解质界面的形成。为进一步验证这一推断，该项工作中还做了详尽的XPS分析（见图1g~j）。在LiFSI-DME电解质中，形成的SEI主要由有机物种和少量无机物种组成。而在LiFSI-BME电解质中形成的SEI中检测到更多的无机成分（LiF和Li2CO3），以及更薄的有机外层。通过TOF-SIM结合XPS，成功构建了在LiFSI-DME（见图1k）和（LiFSI-BME（见图1i）电解质中的Li沉积行为和SEI形成的示意图，有助于解析锂负极界面的形成过程。 ULVAC-PHI作为全球技术领先的表面分析仪器厂商，一直致力于开发和制造XPS、AES、TOF-SIMS、D-SIMS以及多种功能配件，旨在提供最先进的技术和最优质的服务，并期盼与我们的用户共同推动表面分析技术的应用和发展，以及提升大型科学仪器的“创新服务产出”水平。  参考文献[1] Wu, J., Gao, Z., Tian, Y., Zhao, Y., Lin, Y., Wang, K., Guo, H., Pan, Y., Wang, X., Kang, F., Tavajohi, N., Fan, X. and Li, B. (2023), Unique Tridentate Coordination Tailored Solvation Sheath Towards Highly Stable Lithium Metal Batteries. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2303347. DOI: 10.1002/adma.202303347.

　　ULVAC-PHI作为全球专业的表面分析仪器制造商，在不断研发和推广先进的表面分析技术的同时，还与用户建立了良好的合作关系，开展了多项研究工作，帮助用户解决相关科学问题。近日，日本大板大学家裕隆教授联合PHI资深科学家寺岛雅弘研发了具有绿光波长选择性的有机太阳电池（OSCs），可用于农业光伏，其透过的蓝光和红光可以有效地促进植物生长。该项工作发表于《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》。Highlights1、该项工作成功地设计和合成了两种新的受体材料，即SNTz-RD和ONTz-RD。（NTz=萘并[1,2-c:5,6-c]双[1,2,5]噻二唑；RD=3-乙基绕丹宁；SNTz=NTz框架结合给电子硫代烷基取代基；ONTz=NTz框架结合烷氧基取代基）。2、在NTz框架上引入了给电子的硫代烷基或烷氧基取代基，合成的SNTz-RD和ONTz-RD分子拥有与P3HT的实际供体结合的适配能级，这一点已通过LEIPS和UPS分析证实(见图1)。3、阐明了P3HT（聚（3-己基噻吩））与绿光波长选择性接受体的结合，可以制造绿光波长选择性有机太阳能电池（OSC），从而优化未来农业光伏装置。图1. SNTz-RD (蓝色)和ONTz-RD(红色)的LEIPS(a)和UPS(b)结果。1OrganizationsULVAC-PHI：1969年，在美国明尼苏达大学Dr. R.E.Weber的领导下，Physical Electronics, Inc.(PHI)成立，并成为世界上第一家专门从事表面分析设备的公司。1982年，PHI和日本真空技术株式会社（ULVAC JAPAN LTD）合并成立了ULVAC-PHI股份有限公司。ULVAC-PHI是各种表面分析设备的顶级制造商，在从基础研究到质量控制的诸多领域做出了巨大贡献。此外，ULVAC-PHI还建立了一个完整的服务体系，通过专业技术人员提供详细的技术支持、分析培训和研讨会等，最大限度地发挥表面分析设备的能力。大阪大学：大阪大学创建于1931年，是日本屈指可数的研究型综合大学。距今已有近百年历史的阪大拥有11个学部，18个研究生院（其中3个研究生院与其他大学联合成立），以及数万师生。Authors家裕隆教授毕业于大阪大学，获得该校的学士、硕士和博士学位，而后他选择留在母校开始了他的科研、教学育人生活。家裕隆教授团队以有机功能分子为主要研究对象，围绕有机功能分子的开发设计、绿色有机合成、生物材料分子应用等领域开展研究，迄今为止已在Nature Materials、Advanced Energy Materials、ScienceDirect、ACS和RSC等期刊中发表论文200余篇。家 裕隆Ie Yutaka   大阪大学 教授我们一直致力于开发电子传输（n 型）有机半导体材料。在n型有机半导体材料的开发中，最低未占据轨道（LUMO）能级的调节是非常重要的。此前，我们一直是通过理论计算结合经典的循环伏安法来估算CBM，由于误差相对而言较大，以至于确定真实值比较困难。随着PHI的LEIPS的开发和利用，已经可以准确地评估薄膜状态下的电子亲和势（EA）。我预计未来将会越来越频繁地使用LEIPS来加速实现高性能n型材料的开发。寺岛雅弘在2007年4月研究生毕业后就职于ULVAC-PHI股份有限公司，至今已有15年。十五年的风雨兼程，寺岛先生与ULVAC-PHI公司一同打造品牌，开拓未来，使ULVAC-PHI成为全球技术领先的表面分析仪器厂商，同时寺岛先生也成为了ULVAC-PHI领导X射线光电子能谱（XPS）实验室团队的资深科学家。这次是难得的机会能够作为共同作者为这篇论文的发表做出贡献，因此感到十分荣幸。我主要负责的扫描式X射线光电子能谱（XPS）分析仪是一台多功能集成设备，可以结合多种分析方法，这是我能为这篇论文的发表作出贡献的基础。从事目前的分析工作大约有15年了，通过参与各个领域的分析，听取活跃在第一线的人的意见，我的分析视野得到了极大的拓展。我将继续致力于分析设备的开发，使其能够为社会做出更大的贡献。寺岛 雅弘    Terashima MasahiroULVAC-PHI资深科学家Conclusions有机功能分子的设计、组装、合成策略以及性能研究已成为国际上的研究热点，尤其是对于大π共轭体系的研究引起了科学家们的极大兴趣。通过对这些具有大π共轭体系功能分子的组装，实现人工高效的储存和对太阳能的利用。ULVAC-PHI XPS能够同时搭载LEIPS和UPS功能配件，可以对样品表面同一位点实现多技术联合原位表征，即在XPS表征完成后，在同一个位置进行原位的LEIPS和UPS 测试，进一步提供样品完整的能带电子信息，对深入解析材料性能和改良器件具有重要的指导意义。参考文献[1] Jinnai, S.; etc al. Green-Light Wavelength-Selective Organic Solar Cells Based on Poly(3-hexylthiophene) and Naphthobisthiadiazole-Containing Acceptors toward Agrivoltaics. ACS Sustainable Chem. Eng. 2023, 11, 15481556. (DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c06426)联系我们010-

　　TOF-SIMS在光电器件研究中的应用系列之一一引言近年来，钙钛矿材料由于其独特的光电特性及低廉的生产制备成本吸引了研究者们的广泛关注。钙钛矿薄膜作为钙钛矿太阳能电池的核心，直接决定了器件的性能及稳定性，但在钙钛矿器件的制备过程中，会不可避免地在表面以及晶界处引入大量缺陷，这些缺陷作为非辐射复合中心，严重损伤器件的性能及稳定性。钝化缺陷是减少载流子非辐射复合和提高器件性能的有效策略，其中添加剂工程可以实现对这些缺陷的有效钝化，从而降低缺陷态密度，提高电池效率及稳定性。二成果简介含氟分子具有超强的电负性和较好的疏水性，常作为添加剂用于钝化钙钛矿薄膜缺陷，提高电池效率及稳定性，所以含氟添加剂引起了研究者们的极大关注。陕西师范大学刘生忠教授团队高黎黎博士和张静博士详细研究了氟乙胺分子中，氟原子个数对梯度钝化钙钛矿薄膜缺陷的影响，以及对调控薄膜光电性质、钙钛矿电池效率和稳定性的影响。由于添加剂分子的化学特性与钝化工艺的差异会影响到添加剂分子在钙钛矿薄膜中的分布均一性，因此，表征钙钛矿薄膜中添加剂的空间分布对评估其钝化效果和钝化工艺的改良极其重要。研究者通过ToF-SIMS（PHI nanoTOF II）深度剖析结果发现不同个数氟的添加剂在薄膜中呈现梯度分布，可以钝化薄膜不同位置的缺陷，其中，一氟乙胺实现了从体相到表面的整体钝化，因此将电池效率22.2%提高到了23.4%。该工作以题为“Fluoroethylamine Engineering for Effective Passivation to Attain 23.4% Efficiency Perovskite Solar Cells with Superior Stability”发表在Advanced Energy Materials上。图1. ToF-SIMS深度剖析分析添加剂在钙钛矿薄膜中的分布情况a) 不同添加剂下的钙钛矿薄膜中F元素深度分布曲线FEA修饰下的钙钛矿薄膜中F、Pb、I元素的分布图 c) 2FEA修饰下的钙钛矿薄膜中F、Pb、I元素的分布图 d) 3FEA修饰下的钙钛矿薄膜中F、Pb、I元素的分布图 e) F元素分布的TOF-SIMS 3D展示图像 f) FEA在钙钛矿薄膜中的分布示意图。三TOF-SIMS简介飞行时间二次离子质谱（time-of-flight secondary ion mass spectrometry, TOF-SIMS）是一种基于离子束与样品表面相互作用的质谱分析技术，通过检测一次离子源轰击样品表面所产生的离子碎片（二次离子），可以获知样品表面的元素及分子组分信息。TOF-SIMS具有超高表面灵敏度（~ 1 nm）和检测灵敏度（ppm-ppb级），以及极佳的质量分辨率和空间分辨率，可以检测包括H在内的所有元素及其同位素，还可以提供目标组分在样品表面至内部的深度分布信息和三维重构（3D）信息，这些优势使得TOF-SIMS成为重要的表面分析技术。在钙钛矿材料的添加剂工程研究中，TOF-SIMS可用于表征钝化剂组分在钙钛矿材料表面及其内部的空间分布特征。图2 PHI最新一代TOF-SIMS产品：PHI Nano TOF3-文章链接-Fluoroethylamine Engineering for Effective Passivation to Attain 23.4% Efficiency Perovskite Solar Cells with Superior Stability. Adv. Energy. Mater. 2021, 2101454. DOI: 10.1002/aenm.202101454

　　概述透明导电氧化物Transparent Conductive Oxide（TCO）是一种具有导电功能，且在可见光范围内透光性高的氧化物薄膜。TCO薄膜因具备吸收紫外光、反射红外光、可见光高透过性等特征，所以被广泛应用于触摸屏、LED显示屏和太阳能电池等领域。从20世纪初至今，已有多种TCO薄膜被研发问世，例如In2O3基、SnO2基等氧化物薄膜以及ITO（Indium Tin Oxide，掺锡氧化铟）和IZO（氧化铟锌）等掺杂氧化物薄膜。其中，ITO薄膜应用最为广泛。ITO薄膜是现有的TCO薄膜中导电性能最好的产品之一，且具有加工性能极好、硬度高、耐磨耐蚀性强的优点，因而ITO薄膜在现代高科技中起着重要作用。TOC薄膜的性能与其结构、组分、化学态以及电子结构等因素是密切相关的。表面分析技术可以对材料性质进行深入分析，例如可以借助X射线光电子能谱仪（XPS），获取产品表面的元素组分和元素含量以及化学态等信息；通过紫外光电子能谱(UPS)和低能量反光电子能谱(LEIPS)可以得到产品完整的能带电子结构。总之，利用XPS、UPS和LEIPS，再结合离子剥离技术（Ar离子枪、GCIB/C60团簇离子枪等）能全面完成产品表面以及深度方向上组分以及电子结构的表征，对于深入理解TOC薄膜特性以及指导工艺提升起到重要的作用。图1. TCO的特性及应用应用高度透明的掺氢氧化铟In2O3 :H (IO:H)具有超低的近红外光损耗和高电荷载流子迁移率，当替代ITO时，可以让半透明顶部和NBG（HTL-free）底部钙钛矿太阳能电池的光电流显著增加。然而，IO:H作为ITO的替代材料，在红外光区的吸收率更低的机理并不明确。为究其原因，分别在玻璃基底上制备了厚度为100 nm的ITO和IO:H薄膜，并对其进行了XPS、UPS和LEIPS表征：ITO样品：In2O3:SnO2=90 wt% : 10 wt%IO:H样品：In2O3中加入H首先，为探索样品的元素组成和相应含量，对样品进行了XPS表征，结果如图2所示。O 1s的XPS谱图分析结果表明IO:H与ITO样品的氧组分主要由金属氧化物（M-O）和氧空位（Vo）组成，且IO:H的氧空位含量更低。图2. O 1s XPS谱（左）；氧空位（Vo）含量：IO:H      其次，为研究样品的导电性和吸光性，利用UPS和LEIPS全面地表征了样品相对于真空能级的能带电子结构（见图3）。结果显示这两种薄膜的费米能级、带隙以及电子亲和势都没有明显差异。但是，从放大的费米能级附近的谱图（图4）中发现，IO:H的费米能级附近的电子态密度较低，这种电子态密度的差异极有可能是造成二者红外光吸收率差异的原因。图3. UPS/LEIPS结合绘制的ITO和IO:H薄膜的能级排列图（能量相对于Evac）图4. 放大的费米能级附近的UPS/LEIPS谱图结论XPS结合UPS和LEIPS可以对TCO进行全面的表征。首先，通过XPS发现样品IO:H的氧空位量较少。其次，利用UPS和LEIPS可以得到样品的完整且精准的能带电子结构，实验结果表明IO:H的费米能级附近的电子态密度也较低，这可能是造成红外光吸收率差异的主要因素。综上，PHI XPS可实现对TCO薄膜的原位综合分析，快速评估样品性能，从而辅助科研人员深入研究TCO薄膜。END

　　钙钛矿材料因具备较长的电子-空穴扩散长度、较大的光学吸收系数、较强的激子跃迁及可低温制备等诸多优点, 成为了光伏太阳能领域的研究热点。以钙钛矿材料作为光活性层的太阳能电池器件, 由于其简单的加工工艺和出色的能量转换效率，更是引起了广泛的研究兴趣。自2009年首次报道以来，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells，PSCs）的效率已超过25 %，成为极具潜力的光伏器件之一。然而， PSCs 在多种环境条件下服役的稳定性仍未达到商业化使用标准，PSCs性能的提升及其应用推广仍然面临极大的挑战。研究表明有效控制钙钛矿结晶和对钙钛矿薄膜表面/晶界缺陷进行钝化，已成为抑制电荷重组，从而提高钙钛矿太阳能电池高性能和长期稳定性的重要策略。对此，丰嘉大学H.C. Chen[1]等人通过在MAPbI3 PSCs中加入0.01 ~ 0.1%肉碱（含有羧基和季铵官能团的天然维生素B）来钝化其缺陷，如图1a所示。由于PSCs的能级排列对有效界面接触和载流子提取至关重要，因此很有必要对器件的电子能带结构进行全面表征。在本项工作中，利用ULVAC-PHI的XPS（X射线光电子能谱），结合UPS（紫外光电子能谱）和LEIPS（低能量反光电子能谱）设备，详尽地探索了钙钛矿薄膜的化学成分和相互作用。如图1b和1c所示，改性前后的钙钛矿薄膜的VBM、CBM、功函数(WF)和电离势存在差异。其中，钙钛矿改性后电离势增加了0.16 eV，CBM改变了0.31 eV，VBM明显升高，与氧化镍的VBM形成更好的能级梯度，有利于空穴传输和提取。结果表明肉碱分子可以有效地对钙钛矿进行改性，使其具有良好的结晶度和纹理，孔隙少，表面覆盖高，同时能增加载流子的寿命以及更好的能级排列，从而改善了器件的效率和稳定性。图1. a) PSCs和在缺陷位点上组装肉碱分子的示意图，b)钙钛矿薄膜的UPS和LEIPS结果以及c)钙钛矿光伏器件中各个膜层的能级示意图。[1]（尽管能级排列出现标注错误，但是研究思路仍然可以借鉴）虽然，已经证实表面钝化是提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的有效途径。然而，大多数钝化策略面临的一个关键挑战是在不对电荷提取施加能量障碍的情况下减少界面电荷重组。此外，大多数界面改性方法都引入了电绝缘层，这就需要平衡有效钝化和高效电荷提取。因此，找到一种新的方式来修饰界面，提高稳定性的同时并不损失电荷在界面处传输的效率，是进一步提升钙钛矿太阳能电池表现的关键。基于此，普渡大学Letian Dou教授团队开发了一种新型的多功能新型的有机共轭分子4Tm(2-(3′′′,4′-dimethyl-[2,2′:5′,2″:5″,2′″-quaterthiophen]-5-yl)ethan-1-ammonium iodide)对钙钛矿进行界面修饰，并利用XPS（PHI 5600）和UPS分别对处理前后的钙钛矿薄膜的组分以及表面能级进行表征。[2]    如图2所示，从XPS结果可以看出钙钛矿经4TmI界面修饰形成多功能修饰层（MCL）后，代表Pb0的特征峰（Pb 4f5/2 =137.2 eV）消失，表明CsFAMA-MCL样品的稳定性提高，Pb0缺陷减少。图2. CsFAMA和CsFAMA-MCL薄膜Pb 4f 的XPS谱图，探测角分别为：(a) 0°、(b) 45°和(c) 75°。[2] （探测角度为分析器与样品法线方向的夹角）随后借助UPS对钙钛矿表面能级进行表征，如图3所示，结果表明共轭分子的修饰使得钙钛矿表面的功函数减小，价带显著提高，使得原本偏n型半导体的表面转换成了p型半导体，能级与p型半导体的空穴传输层更为吻合，因而可以极大地提高空穴传输效率。该方法证明了采用的共轭分子有机盐对钙钛矿太阳能电池的界面进行修饰，可以克服传统界面修饰所带了的电荷传输损失，为界面修饰提供了新的思路。图3. 能级表征。(a) 紫外光电子光谱（UPS）。(b) 由UPS光谱得到的能级图。[2]综上，缺陷钝化是提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的有效策略。然而，选择不同的改性材料对钙钛矿性能的影响甚大，故而在高性能的PSCs设计中，需要了解材料的组成（元素及化学态）以及带隙（价带和导带）。对此，可借助XPS，结合UPS和LEIPS对钙钛矿材料进行全面表征。参考文献[1] H. Chen, et al. Synergistic Engineering of Natural Carnitine Molecules Allowing for Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 85958605.  DOI: org/10.1021/acsami.0c22817.[2] K. Ma，et al. Multifunctional Conjugated Ligand Engineering for Stable and Efficient Perovskite Solar Cells. Adv. Mater. 2021, 2100791. DOI: 10.1002/adma.202100791.联系我们010-

　　回顾2022年，ULVAC-PHI各个系列的XPS仪器——VersaProbe、Quantera和Quantes对科研发展和技术进步做出了重要贡献。据不完全统计，借助PHI XPS设备，2022年已发表超过4400篇的学术出版物，包括期刊文章和书籍等。其中，有99项工作发表在《Nature》和《Science》等高影响力期刊上。例如，我们的用户利用PHI VersaProbe设备对嵌入磁性CoNi合金颗粒的掺氮碳纤维复合材料表面进行了全面表征，研究发现该材料表现出优异的电磁波吸收性能。该项工作发表于《Colloid and Interface Science》1上，引用频次相当高(一年内已被引用24次)。为了深入理解材料/器件性能和结构之间的联系，利用XPS结合功能配件进行多技术表征是至关重要的。对此，PHI VersaProbe和PHI Genesis系列XPS可集成多种功能配件，满足多种测试需求，如样品XPS表征后可对同一样品同一测试点进行原位UPS和LEIPS测试。基于此，用户在一项工作中利用多表面分析技术开展了n型In:GaN和p型Mg:GaN对Ta3N5薄膜光阳极上下界面的改性研究工作，相关成果发表在《Nature Communications》2。该团队先是通过XPS（PHI VersaProbe Ⅲ）仪器分析膜层的组分信息，而后利用UPS表征样品的能带结构(见图1)。这项工作证明了基于薄膜的光阳极的界面工程在实现高效光电化学水分解制氢方面起着关键作用。图1 (a) Mg:GaN/Nb的UPS谱图。(b) In:GaN/Nb的UPS谱图。(c) In:GaN/Ta3N5/Mg:GaN薄膜的能级排列示意图。（UPS数据由PHI 5000 VersaProbe III搭载的UPS配件测得）值得注意的是，UPS结合低能量反光电子能谱(LEIPS)，可以获得完整的电子能带结构。在一项发表于《Nature》3的工作中，作者研究了通过共轭碳网络形成的具有独特拓扑结构的新型二维碳材料，在平面上拥有各向异性。为进一步研究该材料的电学性质，如图2所示，利用UPS和PHI LEIPS设备表征了该材料的电子能带结构。结果表明该材料与石墨烯相比，表现出适中的带隙和导电性，这意味着该材料可应用于半导体领域。图2. UPS结合LEIPS表征单层qHP C60纳米片的电子能带结构。Eg为带隙；ECB表示CBM与EF的能级差；EVB表示VBM与EF的能级差。了解电极与电解质界面上形成的固体电解质界面膜(SEI)的化学组成对于开发可靠的电池至关重要。对此，具有原位分析能力的原位XPS在电池材料的研究中应用也越来越广泛。比如，牛津大学的PHI用户在《Nature Communications》4上发表的一篇论文中介绍了用电子束在Li6PS5Cl固态电解质颗粒表面镀锂过程中的XPS表征。利用原位XPS（PHI Versaprobe III）研究电化学电镀过程中Li金属与LPSCl硫化物固体电解质界面的电流密度介导的界面相的演变。结果表明形成的负电荷表面有利于Li+离子的迁移，最终导致金属Li镀在SE表面上。此外，通过改变电子束电流可以调控入射到SE表面的电子通量，从而调节虚拟电极的电镀电流。如图3所示，展示了在三种不同电流密度下LPSCl表面的虚拟电极电镀过程中，Li 1s、S 2p和P 2p XPS谱图的演变及其定量分析。图3。利用XPS研究SE表面虚拟电极电镀过程中SEI的演化。参考文献1. 原文链接联系我们010-

　　学术期刊是研究人员共享科技成果、加深对科学问题的理解和学习交流的基石。高质量文章的发表，既离不开让人耳目一新的新思路、新观点，更不乏有效的、可靠的表征技术的支撑。例如，PHI公司（Physical Electronics）中的俄歇电子能谱(AES)在推动2022年科技的大力发展上功不可没。回顾2022年，PHI AES仪器帮助相关学者发表了800余篇学术出版物，包括同行评审的文章和书籍，其中不少论文发表在影响力很高的顶级期刊上。PHI AES设备被应用于诸多高新技术领域，例如高温防腐涂层1、无碳钢2、结构钢3-4、月球地质学5、区域选择性ALD6、环境修复7和燃料电池8等。例如，KTH皇家理工学院和Sandvik Materials Technology的研究人员借助PHI AES来研究质子交换膜燃料电池（PEMFC）的工作机制，为电动汽车的发展提供了一个有前途的选择，从而有望推动内燃机的替代。研究表明，对PEM燃料电池中的双极板(BPPs)进行改进，可以在降低成本的同时提高功率密度。该项工作发表于国际知名期刊《Energy Conversion and Management》8。PEMFC由许多堆叠膜电极组件（MEA）构成，组件之间通过BPPs分隔氧化剂和还原剂，并传导电流和排出所产生的水，因而BPPs的稳定性对燃料电池的性能影响甚大。一方面，在研究BPPs的过程中，发现其表面上存在碳-金属氧化物（MOxCy (M = Cr, Fe, Ni）“污渍”。这种污渍是在激光切割BPPs时产生：激光切割带碳涂层的不锈钢（C-coated 316L）会产生喷射物质并溅在碳涂层上，形成的碳-金属氧化物（被定义为“污渍”，碳来源于碳涂层）直接连接到不锈钢基底上，并且污渍周围的碳涂层上也会覆盖一层与之组分类似的薄膜（见图1）。图1. 双极板表面上“污渍”的示意图。另一方面，在循环后的MEA中发现了大量的金属污染物，特别是Fe和Ni，这些溶解金属可能来源于BPPs。为更好地解析金属溶解和导致BPPs腐蚀的过程，在本工作中利用AES对负载循环前后的BPPs表面进行了详细表征。图2展示了BPPs表面的SEM图像、AES谱图以及AES深剖曲线。AES结果表明与未受损害的极板（见图1a）相比，在H2饥饿条件下，阳极板碳涂层区域（见图1d，橙色标记）出现Fe和Ni匮乏现象。此外，深剖曲线饥饿的阳极板在纵向上Cr（右图，蓝色曲线）含量恒定，与之相反，无损极板在接近表面的区域Cr含量明显下降。这一结果进一步证明了MEA中的Fe和Ni来源于阳极BPPs，未受碳涂层保护的多组分表面（即污渍区域）会对H2饥饿做出反应发生溶解，直到Cr浓度趋于稳定。图2. 碳涂层316L双极板上的污渍及其周围碳涂层的表面分析(SEM[左]、AES[中]和AES溅射深度分析[右])。(a)无损极板。(d) 出现燃料H2饥饿现象的阳极板(316L碳涂层)。显然，AES在探索BPPs的腐蚀机理方面发挥了关键作用。其高空间分辨率(＜5 nm)的成像技术结合元素定量和精准的深度分析能力，使腐蚀机理的研究成为可能，有助于高度稳定的、可替代化石燃料驱动的内燃机的研发。无独有偶，斯坦福大学的Yarbrough研究团队于2022年在《Chemistry of Materials》上发表了一篇关于利用PHI AES来研究区域选择性原子层沉积(AS-ALD)的文章。6 AS-ALD是一种在纳米尺度上制造薄膜的方法，厚度通常控制在埃米（）量级。值得注意的是，普通的表面分析方法受限于其空间分辨能力，难以对这类纳米尺度的材料进行表征。而PHI AES的二次电子成像的空间分辨可达3 nm，成分分布影像的空间分辨可达8 nm，分析深度在4-50 ，因此借助PHI AES可以确定ALD过程的选择性。图3. (a) Al ALD前Cu/SiO2基底的SEM图像。(b) Al ALD循环30次后，Al在Cu/SiO2上的AES元素影像。(C) Al ALD循环30次后，Cu/SiO2表面的AES线 衬底在Al ALD后的AES分析结果。如图3b所示，AES 元素mapping表明Al只在选定的区域沉积。对该区域进行进一步的线c)，结果证明了Al ALD的高度选择性，即高强度的Al和Cu与低含量Si的分布区域一一对应，反之亦然。该项工作再次证明了PHI AES仪器的高空间分辨率成像能力允许在纳米尺度上表征这种沉积区域。总之，PHI AES在表面元素鉴定和元素成像上具有其独特的优势，尤其是在针对具备纳米尺度特征的样品的表征上拥有不可替代表面分析能力。目前，PHI AES已经成为应用最广泛的表面分析技术之一，在合金、催化、半导体、能源电池材料、电子器件等领域的研发上起着至关重要的作用。参考文献1.原文链接联系我们010-

　　国民经济发展和社会进步很大程度上依托于现代科学技术的革新。为促进科技进步，国家自然科学基金委员会每年都会运用国家财政资助自然科学基础研究和部分应用研究，重点支持具有良好研究条件、研究实力的高等院校和科研机构中的研究人员。目前，国家自然科学基金委员会发布了《2023年度国家自然科学基金项目指南》，引导申请人申请国家自然科学基金的资助[1]。指南特别提出了要加强基础研究，突出原创，鼓励自由探索，同时强化了资助导向，引导提升科研选题质量，增强对科学问题属性的理解。根据指南中的统计，2022年国家基金委共受理申请面上项目116561项，经过评审，共资助面上项目20472项，直接费用1087 845.00万元，直接费用平均资助强度为53.14万元/项，平均资助率为17.56%；共受理申请青年科学基金项目129193项，经过评审，共资助青年科学基金项目22 262项，总金额662800万元，平均资助率为17.23%；共受理申请国家杰青项目4612项，经过评审，共资助国家杰青项目415项，资助总金额 162 880 万元，平均资助率为9.00%；共受理申请国家优青项目6946项，共资助国家优青项目630 项，资助总金额126000万元，平均资助率为 9.07%。国家自然科学基金项目是目前我国基础研究的主要资助渠道之一，但是大多数基金项目的资助率不足20%，甚至不足10%，可谓竞争激烈。申请人提交的申请项目需要经过初审、同行专家通讯评审（函评）、会议评审（上会），到最终批准项目需要经过层层严格的评审。基金项目继续试点开展基于四类科学问题属性的分类评审工作：（1）“鼓励探索、突出原创”（2）“聚焦前沿、独辟蹊径”（3）“需求牵引、突破瓶颈”（4）“共性导向、交叉融通”半岛BD体育。关键科学问题的解决离不开拟采取的研究方案及可行性分析（包括研究方法、技术路线、实验手段、关键技术等说明），其中先进且恰当的实验技术是达到预期目标的重要保证。正如19世纪英国化学家汉弗里·戴维所言 “Nothing tends so much to the advancement of knowledge as the application of a new instrument. 没有什么比应用一种新工具更能促进知识的发展了”。材料的性质与结构、组分和化学态密切相关，而表界面作为与外界进行物质和能量交换的通道，其表界面性质在很大程度上决定了材料/器件的性能，因此对复杂体系表界面性质密切相关的科学问题的研究是当前基础研究的重要任务。表面化学分析主要是探究材料表面的元素组成、化学态及其分布（表面成像或纵向分布），可通过X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）和二次离子质谱（SIMS）等技术来实现。此外，材料的性能还与表界面的电子态分布，特别是表面能级性质息息相关，如半导体、光伏器件以及新能源材料等。对此，可进一步借助紫外光电子能谱（UPS）、低能量反光电子能谱（LEIPS）以及电子能量损失谱（EELS）等表征材料表面的能带信息。传统的表面分析方法和研究范式越来越不能满足创新的需求，好在分析技术和仪器的创新发展的推动下，表面分析研究体系从简单模型延展到了复杂体系，研究维度从单点平均结果扩展到微区面分布、深度分布和3D分布，研究过程从静态深入到外场条件下的动态过程。ULVAC-PHI公司作为全球表面分析技术的领导者，致力于开发先进的表面技术方法和仪器。为了帮助申请人更加深入理解每种表面分析方法的原理和应用，进而为项目申请开拓思维、发掘突破点和增加创新亮点，本文针对基金项目申请中表面分析技术所涉及的相关学科进行了详细汇总： 图1. 国家自然科学基金项目中涉及表面分析技术的学科申请代码（三级学科后的abcde分别表示a. XPS;  b. AES;  c. TOF-SIMS;  d. UPS;  e. LEIPS）。表面分析技术原理和应用介绍XPS原理：X射线光电子能谱仪（X-Ray Photoelectron Spectroscopy）利用扫描聚焦X射线入射固体样品表面并采集从样品表面出射的光电子，从而提供样品表面从微区（≤5 µm）到大面积（毫米级）的元素成分和化学态信息（如图2所示）。应用：XPS能够满足材料和器件表面成分和化学态定性、定量分析，利用扫描微聚焦X射线可以获得材料表面/界面元素和化学态的空间分布成像（如图3和图4（a）所示），结合离子溅射技术，还能实现深度分析（如图4（b）所示），此外可以实现对固态电池充放电条件下的原位测试（如图5所示）。因此，XPS被广泛应用于固体材料表/界面的元素组分和化学态的研究，例如电池材料、催化剂、集成电路、半导体、金属、聚合物、陶瓷和玻璃等，可满足从研发到失效分析的广泛分析需求，成为材料分析中离不开的利器。图3. 燃料电池隔膜截面C/O/F/S/Pt元素影像和F化学态影像。图4. （a）锂电池电极截面的Li元素和化学态成像，（b）SnO2及锂电池极片深度分析案例。图5. 固态电池充放电条件下的原位XPS测试。UPS + LEIPS原理：紫外光电子能谱(UPS)，是基于光电效应，利用紫外光（HeⅠ，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。应用：将UPS与LEIPS结合，可以完整地表征出样品的能带电子结构（如图6所示），可以应用于半导体材料（如太阳能电池、发光二极管和催化剂等）的能级调控和带隙调控的研究。值得注意的是，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，为有机材料和钙钛矿材料提供更加可靠的导带信息。图6. UPS+LEIPS结合能够表征材料电子能带结构（价带、导带、费米能级和真空能级）以及各种半导体材料的UPS+LEIPS测试结果。原理：俄歇电子能谱仪（Auger Electron Spectroscopy）采用电子源入射样品的表面激发出二次电子（用于形貌观察）以及俄歇电子（用于成分分析），如图7所示。应用：AES主要用于分析固体材料表面纳米深度的元素（部分化学态）成分组成，可以对纳米级形貌进行观察和成分表征。AES的分析深度为4-50 ，二次电子成像的空间分辨可达3 nm，成分分布像可达8 nm，可分析材料表面元素组成（Li ~ U），是真正的纳米级表面成分分析设备。可满足合金、催化、半导体、能源电池材料、电子器件等材料和产品的分析需求。例如AES可以满足FIB制备的器件截面、单个锂电池正极颗粒、碎裂陶瓷晶界表面的元素高空间分辨率测试，以及单根纳米线中掺杂元素的深度分析（如图8所示）图7. AES基本原理示意图图8.  AES纳米级别的元素空间分布测试和单根纳米线的深度分析AES原理：飞行时间二次离子质谱（Time-Of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry）采用一次脉冲离子入射材料表面，通过飞行时间质量分析器测试表面被激发出的二次离子，来表征样品表面的元素成分和分子结构信息（如图9所示）。应用：TOF-SIMS具有超高表面灵敏度（~ 1 nm）和检测灵敏度（ppm-ppb级），以及极佳的质量分辨率和空间分辨率，可以检测包括H在内的所有元素和同位素，还可以提供表面、薄膜、界面以至于三维样品的元素、分子等结构信息（如图10所示）。TOF-SIMS被广泛应用于物理、化学、微电子、生物、制药、空间分析等工业和研究方面，为所有需要极端表面敏感性和表面分子信息的领域提供了可能，例如分析电池极片深度分析和钙钛矿太阳能电池缺陷钝化剂的3D分布（如图11所示）。图10. TOF-SIMS获得数据类型：表面质谱谱图、二次离子表面分布影像、深度分布曲线. TOF-SIMS对电池极片的深度分析和钙钛矿太阳能电池缺陷钝化剂的3D分布。通过以上原理和应用的介绍，可以看到XPS、AES和TOF-SIMS可以提供丰富的表面，为了更好地将这些表面分析与科学问题的结合，我们汇总了丰富的表面分析应用典型案例：表面分析技术应用典型案例汇总文件名分析技术类型1XPS案例：电池材料XPS表面、Operando2微区XPS在摩擦学研究与抗磨材料开发中的应用XPS微区、成像3XPS案例-钙钛矿XPS深剖4XPS案例-半导体（IGZO）XPS表面、界面5XPS案例-稀土陶瓷XPS表面、深剖6XPS案例-金属-钢铁XPS表面7XPS技术特点XPS微区、成像、多点、深剖、双阳极8XPS应用-药物XPS表面9XPS应用-石墨烯XPS表面10XPS应用-微生物XPS表面11XPS在稀土材料中的应用XPS材料科学12XPS在腐蚀学中的应用XPS材料科学13XPS在浮法玻璃的应用XPS表面、深剖14XPS在石墨烯材料分析中的应用XPS石墨烯15XPS在矿物的应用XPS表面16XPS在涂层方面的应用XPS涂层17XPS在微区分析方面的应用XPS微区分析18XPS案例-催化XPS表面、微区、成像19HAXPES应用案例HAXPES表面、锂电、催化20XPS应用-量子点XPS表面21利用UPS+LEIPS研究钙钛矿缺陷钝化和改性XPS/UPS/LEIPS能带结构22XPS/UPS/LEIPS表征TCO薄膜XPS/UPS/LEIPS表面、能带结构23UPS和LEIPS评估钙钛矿太阳能电池材料的能级结构UPS/LEIPS能带结构24UPS-LEIPS 评估全固态电池材料的能带结构UPS/LEIPS能带结构25LEIPS案例统计LEIPSLEIPS26TOF-SIMS在生物医药领域的应用TOF-SIMS生命科学27TOF-SIMS半导体行业应用TOF-SIMS半导体28TOF-SIMS应用于植物学研究TOF-SIMS植物29TOF- SIMS在环境科学和大气科学以及地质方面的应用TOF-SIMS大气污染物、化石、土壤污染30TOF SIMS在OLED材料中的应用TOF-SIMSOLED31TOF SIMS在钙钛矿材料中的应用TOF-SIMS钙钛矿32AES在电池领域的应用之一AES电池33AES在半导体行业的应用AES半导体34AES在电池领域的应用之二AES全固态电池获取以上表面分析技术应用典型案例汇总文件包，可以关注PHI高德英特（下方二维码），回复2023基金必中需要对基金撰写中的表面分析技术进行沟通讨论，可通过扫下方二维码，添加PHI-小助手参考文献[1]联系我们010-

　　DLC概述    DLC（Diamond Like Carbon，类金刚石）是一种含有金刚石结构（sp3键）和石墨结构（sp2键）的亚稳非晶态物质，具有以sp3键碳共价结合为主体并混合有sp2键碳的长程无序立体网状结构。DLC材料作为21世纪战略新材料之一，因具备质量稳定（化学惰性），硬度高，耐磨、耐腐蚀性好，摩擦系数低，与基体结合力强以及生物相容性好等优良性能，被广泛应用于机械、汽车、光学、医疗、包装印刷和电子材料等领域。研究表明，DLC膜的性质主要由sp2和sp3键的相对含量所决定。但由于sp3键的含量变化范围广，在不同工艺条件下制备的DLC膜的性能也有所不同。因此，表征DLC膜中碳原子的杂化和成键方式对研究其改性和制备工艺的改良极其重要。    X射线光电子能谱仪（XPS）拥有高表面灵敏（2/sp3碳含量的全面表征。DLC应用领域REELS基本原理    电子能量损失谱学是研究材料性质的重要手段，它通过分析电子束与材料相互作用过后的非弹性散射电子的能量损失分布，获取材料的本征信息。其原理是利用已知动能的电子束轰击材料，入射电子经历和材料原子的非弹性碰撞，而发生角度偏转与能量交换，能量交换过程来源于对材料的电子态激发，它因而包含了材料的能带结构信息。REELS是反射式电子能量损失谱，利用特定能量的电子束为激发源，与样品发生非弹性碰撞后测量其反射电子的能量分布。这种能量分布包含由于激发原子态、芯能级和价带跃迁、材料带隙等引起的离散能量损失特征。因此，利用REELS可以进行表面电子态、化学态分析，半导体带隙的测量，碳sp2/sp3杂化的鉴定，H的半定量分析等。REELS原理的示意图应用根据在2005年德国工程师学会上制定的“碳涂层标准，可将DLC薄膜分为不同的种类。若已知薄膜中的碳sp2、sp3杂化键的比例以及氢含量，即可获得不同性能特征的DLC薄膜，并根据三元相图确定样品所对应的DLC膜的种类(如下图所示)。sp3、sp2和H成分组成的DLC三元相图（t=tetrahedral四面体,a=amorphous无定型, C=carbon碳, H=hydrogenated氢化）结合XPS和REELS可以获得样品中sp2、sp3杂化碳的信息，从而判断出DLC薄膜的种类。下图（左）展示了, XPS对不同工艺下制备的DLC薄膜的定性和定量分析结果：结合能在284.5±0.2 eV和285.5±0.2 eV的特征峰分别归因于sp2碳和sp3碳，并获得了不同样品中sp2/sp3碳的比值。为进一步鉴定样品中碳的sp2/sp3杂化，对样品进行了原位REELS表征，结果见下图（右）。C 1s core-loss采谱的能量范围为E=280-320 eV。谱图主要存在两个特征峰：～285 eV处代表了1s→π*跃迁峰；～292 eV处出现的是1s→σ*跃迁峰。REELS结果表明在Graphite、a-C、a-C:H和ta-C样品中都存在较强的π和π+σ等离子体损失峰。π等离子体峰宽度较小，π+σ等离子体峰展宽较大，π-等离激元的强度与不饱和键的数量有关，且晶体中的激发过程比非晶态的激发过程复杂得多。总之，REELS证明了样品中sp2、sp3杂化碳的存在，且二者在不同碳材料中的比例各不相同。不同类型碳材料的XPS（左）和REELS（右）谱图结果：a-C（无氢类金刚石碳膜）；a-C:H（氢化类金刚石碳膜）; ta-C（四面体非晶碳）; Diamond (金刚石);Graphite (石墨)结论PHI VersaProbe系列XPS可搭载REELS分析装置，利用XPS评估DLC薄膜中sp2/sp3的比例，并借助REELS进一步鉴定碳的sp2和sp3杂化，二者相辅相成。总而言之，结合XPS和REELS可实现对碳材料样品的原位表征，快速评估DLC薄膜样品的性能，以辅助科研人员深入研究DLC薄膜。

　　表面分析技术即利用电子、光子、离子、原子等与固体表面的相互作用，测量从表面散射或发射的电子、光子、离子、原子、分子的能谱、光谱、质谱、空间分布或衍射图像，得到表面成分、表面结构、表面电子态及表面物理化学过程等信息的各种技术。表面分析技术广泛应用于材料表征等领域，是目前最前沿的分析技术之一。表面分析技术是一种揭示材料及其制品的表面形貌、成分、结构或状态的分析手段。该技术可以用于开发新材料或改善现有材料的性能，进而支持相关产业优化、加速新产品开发、评估生产和包装工艺稳定性、快速识别跟踪污染物、评估新制造工艺和质量等。2015年到2020年期间，全球表面分析市场以约6.2%的复合年增长率增长，2020年表面分析市场约39.897亿美元。基于此，仪器信息网计划于9月起陆续邀请国内主流表面分析仪器厂商代表畅聊表面分析技术与产业发展，帮助中国用户和相关人士更好地了解表面分析技术与市场。首期嘉宾为高德英特有限公司中国区执行总监叶上远。一、主办单位仪器信息网二、本期直播时间2022年9月6日14：00-16：00三、直播平台仪器信息网视频号仪器信息网+小程序四、本期直播嘉宾高德英特有限公司中国区执行总监 叶上远叶上远毕业于南非开普敦大学电动与电子工程学系，后在ULVAC-PHI公司工作超过10年，是高德英特有限公司（Ulvac-Phi Incorporated）在中国大陆的唯一代表。叶上远曾在ULVAC-PHI公司参与了ULVAC-PHI表面分析仪器的详细仪器设计与开发，表面分析应用的技巧训练，和对系统的售后服务（包括仪器安装、故障诊断和优化以达到分析应用上和用户使用的最大需求）。此外，叶上远也负责对包括半导体、硬盘媒体、电子封装业、大学、研发研究机构用户提供现场操作和高级应用训练与支持。叶上远曾在亚洲各个地区如中国大陆、台湾、新加坡、泰国、菲律宾和马来西亚等进行过多次的应用研讨会及包括对AES、XPS和Tof-SIMS基本原理与高阶应用相关的用户培训，也曾提供给各种工业用户在样品分析方面的支援和培训。目前，叶上远为高德英特有限公司在中国区的销售和售后部执行总监，主要专业包括在X射线光电子能谱仪（XPS），俄歇电子能谱（AES）和飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）相关的表面分析技术。五、本期直播议题议题一：ULVAC-PHI (PHI CHINA) 公司背景议题二：表面分析过去二十年的发展方向（技术与产业）议题三：近年代表性的表面分技方法和技术议题四：国内市场表面分析市场现状议题五：ULVAC-PHI (PHI CHINA) 进入中国市场面临的机遇与挑战议题六：未来表面分析仪器技术和市场发展的看法...扫描二维码提前预约参与直播间互动即有机会获得《表面分析技术》书籍会议推荐：仪器信息网将于2022年9月7-9日举办首届表面分析技术与应用主题网络研讨会，旨在促进表面分析技术与应用领域的发展。首届表面分析技术与应用主题网络研讨会共设置了5个主题会场 ，分别是:电子能谱（XPS/AES/UPS）技术与应用、扫描探针显微镜（AFM/STM）技术与应用、电子探针/原子探针技术与应用、二次离子质谱（SIMS）技术与应用、拉曼光谱及其他表面分析技术与应用。会议报名：专场主题专场时间专场一：电子能谱（XPS/AES/UPS）技术与应用9月7日上午专场二：扫描探针显微镜（AFM/STM）技术与应用9月7日下午专场三：电子探针/原子探针技术与应用9月8日上午专场四：二次离子质谱（SIMS）技术与应用9月8日下午专场五：拉曼光谱及其他表面分析技术与应用9月9日上午

　　从20世纪60年代起，半导体一词已家喻户晓，原因是以半导体为材料制造的电子元器件广泛进入大众的日常生活。半导体元件的功能是基于半导体材料的电子性质，因此，研究半导体材料的导电性对其发展至关重要。对半导体材料和电池材料而言，其导电性与带隙的大小有关。带隙是导带底（LUMO）和价带顶（HOMO）的能量之差。通常带隙越大，电子越难从价带激发到导带，电导率也就越低。材料带隙的表征往往通过紫外光电子能谱(UPS)结合低能量反光电子能谱(LEIPS)的方式。这里，我们将介绍一种新的表征带隙的技术——反射电子能量损失谱（REELS）。01REELS   电子能量损失谱学是研究材料性质的重要手段，它通过分析电子束与材料相互作用过后的非弹性散射电子的能量损失分布，获取材料的本征信息。其原理是利用已知动能的电子束轰击材料，入射电子经历和材料原子的非弹性碰撞，而发生角度偏转与能量交换，能量交换过程来源于对材料的电子态激。