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材料表征成像分析手段第一節(jié)：總覽

閱讀：268 發(fā)布時(shí)間：2026-3-16

實(shí)驗(yàn)室材料表征成像分析測(cè)試技術(shù)和儀器設(shè)備眾多，各有優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用范圍局限，在細(xì)聊每項(xiàng)儀器之前，我們將其分門(mén)別類(lèi)，再行講述；那么糾結(jié)來(lái)了：是按儀器類(lèi)別分嗎？分成光譜、質(zhì)譜、能譜等？還是按測(cè)試需求分？分成形貌、成分、物相結(jié)構(gòu)、熱重等？

形貌分析的對(duì)象是樣品的幾何形狀、尺寸大小、顆粒度、及顆粒度的分布等。成分分析按照分析對(duì)象和要求不同，可以分為批量成分分析（Bulk）、微量成分分析（Micro）和痕量成分分析（Trace）三類(lèi)。按照分析的目的不同，又分為體相元素成分分析（Phase analysis）、表面成分分析（Surface Analysis）和微區(qū)成分分析（Microanalysis）等類(lèi)別。

在表面成分分析中，X射線光電子能譜(X-Ray Photoelectron Spectroscopy，XPS)，表層分析深度在10nm；和表層分析深度在更淺的6nm范圍內(nèi)的俄歇電子能譜(Auger Electron Spectroscopy，AES)一樣，是“真正"的表面分析。二次離子質(zhì)譜(Secondary Ion Mass Spectrometry，SIMS)，電子探針（Electron Probe Micro-Analyzer，EPMA）分析方法，和電鏡的能譜（Energy Dispersive Spectrometry，EDS）分析，表層分析深度在μm級(jí)別，嚴(yán)格來(lái)講屬于體相分析。透射電鏡的電子能量損失譜（Electron Energy Loss Spectrometry，EELS）分析，表層分析深度可以在0.5nm范疇內(nèi)，但由于是透射成像，嚴(yán)格來(lái)講也不能歸類(lèi)為表面分析手段。

熱重分析（Thermogravimetric Analysis，TG或TGA）是指在程序控制溫度下測(cè)量待測(cè)樣品的質(zhì)量與溫度變化關(guān)系的一種熱分析技術(shù)，用來(lái)研究材料的熱穩(wěn)定性和組分。定義為質(zhì)量的變化而不是重量變化是基于在磁場(chǎng)作用下，強(qiáng)磁性材料當(dāng)達(dá)到居里點(diǎn)時(shí)，雖然無(wú)質(zhì)量變化，卻有表觀失重，所以叫熱重分析。熱重分析在研發(fā)和質(zhì)量控制方面都是比較常用的檢測(cè)手段，在實(shí)際的材料分析中經(jīng)常與其他分析方法聯(lián)用，進(jìn)行綜合熱分析，全面準(zhǔn)確分析材料。

還是按破壞性或非破壞性方法來(lái)分呢？比如體相元素成分分析是指體相元素組成及其雜質(zhì)成分的分析，其中數(shù)種分析方法需要對(duì)樣品進(jìn)行溶解后再進(jìn)行測(cè)定，因此屬于破壞性樣品分析方法；而其余數(shù)種分析方法可以直接對(duì)固體樣品進(jìn)行測(cè)定，屬于非破壞性樣品分析方法。

還是按此項(xiàng)表征手段的原理來(lái)分呢？答案見(jiàn)仁見(jiàn)智，無(wú)需統(tǒng)一；我們更傾向于按手段的原理，因?yàn)閺睦斫鈨x器所采用的方法原理來(lái)理解這個(gè)手段，會(huì)理解學(xué)習(xí)的更加自然；而且，我們對(duì)電鏡這個(gè)手段已經(jīng)相對(duì)熟悉，這里就不再贅述掃描電子顯微術(shù)（Scanning Electron Microscopy，SEM），和透射電子顯微術(shù)（Transmission Electron Microscopy，TEM），這樣也方便我們集中精力了解其他材料表征手段。

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按表征手段的原理，我們將成像分析儀器可以分為下面八類(lèi)，我們將分八次分別聊下這種分類(lèi)下的實(shí)驗(yàn)室各類(lèi)材料表征的原理（Principle）、手段（Methods）和儀器（Instrumentation）：

1，光學(xué)顯微術(shù)及光刻術(shù)Light Optical Microscope & Photolithography

2，X射線和電子衍射分析法X-Ray & Electron Diffraction

3，掃描探針顯微術(shù)Scanning Probe Microscopy

4，X射線元素分析法X-Ray Spectroscopy for Elemental Analysis

5，電子表面分析法Electron Spectroscopy for Surface Analysis

6，二次離子質(zhì)譜表面分析法Secondary Ion Mass Spectrometry for Surface Analysis

7，分子振動(dòng)分析法Vibrational Spectroscopy for Molecular Analysis

8，熱分析法Thermal Analysis

在我們把手段和儀器分類(lèi)之前，讓我們先按英文稱(chēng)呼字母順序排序大致梳理以下我們實(shí)驗(yàn)室常用的設(shè)備有什么吧：

l 火焰和電熱原子吸收光譜分析法Atomic Absorption Spectrometry，AAS

l 原子力顯微術(shù)Atomic Force Microscopy，AFM

l 俄歇電子能量譜分析法Auger Electron Spectrometry，AES

l 明場(chǎng)顯微術(shù)Bright Field Microscopy，BF

l 陰極熒光分析法Cathode Luminescence Spectrometry

l 共聚焦顯微術(shù)Confocal Microscopy

l 暗場(chǎng)顯微術(shù)Dark Field Microscopy，DF

l 示差掃描熱分析法 Differential Scanning Calorimetry，DSC

l 微分干涉差顯微術(shù)Differential Interference Contrast Microscopy，DIC

l 電子背散射衍射花樣分析法 Electron Backscattered Diffraction Pattern，EBSD

l 電子探針微區(qū)分析法Electron Probe Micro Analyzer，EPMA

l 電子能量損失分析法Electron Energy Loss Spectrometry，EELS

l 熒光顯微術(shù)Fluorescence Microscopy

l 傅里葉紅外分析法Fourier Transform Infra-red Spectrometry，F(xiàn)TIR

l 紅外分析法Infra-red Spectrometry，IR

l 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析法Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry，ICP-AES

l 電感耦合等離子體發(fā)射光譜分析法Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry，ICP-OES

l 電感耦合等離子體質(zhì)譜分析法Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS

l 激光顯微術(shù)Laser Scanning Microscopy，LSM

l 多光子顯微術(shù) Multi Photon Microscopy

l 光學(xué)顯微術(shù)Optical Light Microscopy，OM

l 相位反差（相襯）顯微術(shù)Phase Contrast Microscopy

l 偏振顯微術(shù)Polarizing Microscopy

l 激光拉曼分析法Raman Spectrometry

l 激光拉曼顯微術(shù)Raman Microscopy

l 微區(qū)電子衍射分析法Selected Area Electron Diffraction，SAED

l 掃描隧道顯微術(shù)Scanning Tunneling Microscopy，STM

l 結(jié)構(gòu)光照明顯微術(shù)Structured Illumination Microscopy，SIM

l 熱重分析法Thermogravimetry，TG

l 飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜分析法Time Of Flight-Secondary Ion Mass Spectrometry，TOF-SIMS

l 全反射X-射線熒光廣譜分析法Total Reflection X-Ray Fluorescence Analysis，TR-XRF

l 雙光子顯微術(shù)Two Photon Microscopy

l X-射線衍射光譜分析法 X-Ray Diffraction Analysis，XRD

l X射線能量譜分析法X-Ray Energy Dispersive Spectrometry，EDS

l X射線光電子能量譜分析法X-Ray Photoelectron Spectrometry，XPS

l X射線波長(zhǎng)色散光譜分析法X-Ray Wavelength Dispersive Spectrometry，WDS

下一篇，我們從光學(xué)顯微術(shù)及光刻術(shù)Light Optical Microscope & Photolithography先講起。

材料表征成像分析手段第一節(jié)：總覽

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