Nexsa - 大小面积分析兼备的空前灵敏度

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Nexsa - 大小面积分析兼备的空前灵敏度

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参访人 Stuart Milne2018 年 7 月 27 日

赛默飞世尔科技 (Thermo Fisher Scientific) 的表面分析与微区分析市场营销经理 Tim Nunney 与 AZoM 进行了交流，谈论了新型 Thermo Scientific Nexsa™ XPS 系统。 这是一种同时适用于大面积和小面积分析的高性能 XPS 仪器，具有无与伦比的灵敏度。

您能首先介绍一下 Nexsa 吗？

Thermo Scientific Nexsa 表面分析系统是赛默飞世尔科技最新推出的 XPS 产品。 从根本上来讲，Nexsa 是一款高性能的 XPS 仪器。 它配备了高度灵敏的全新 X 射线单色仪，不仅可用于大面积分析，还能在很小的 X 射线光斑尺寸下操作，从而实现小特征分析。 凭借这种能力，它能为用户提供更胜以往的成像效果，并可在不影响 XPS 性能的情况下进行更常规的大面积分析。

Thermo Scientific - Nexsa XPS 表面分析系统AZoNetwork 发布于 Vimeo。

这种小面积分析的能力可以带来哪些好处？

我们发现，越来越多的材料分析师想要分析样品表面的小特征， 比如连接焊点或表面涂层中的缺陷等。 新的 X 射线源提供了这种能力，可以让 Nexsa 真正地应对这些挑战。

Nexsa 具备哪些分析能力？

中集成了其他的关键表面分析技术。 这些技术包括离子散射谱分析（ISS，有时也被称为 LEIS - 低能离子散射）、紫外光电子能谱 (UPS) 和反射电子能量损失谱 (REELS)。此外，还可以在系统中添加我们的 Thermo Scientific™ MAGCIS™ 气体团簇和单粒子复合型离子源。 集成这些功能之后，我们就能对单凭 XPS 本身无法查看的其他表面属性进行研究。

还有一点与众不同，我们可将拉曼光谱仪集成到 Nexsa 仪器上，在可用技术组合中加入分子光谱学。 现在，我们可以在同一平台上同时进行 XPS 和拉曼分析，不再需要将样品从XPS仪器移动至拉曼显微镜。这就意味着，我们能确定是在样品的同一个位置进行分析和数据获取。

您能为我们介绍一下 Thermo Scientific™ Avantage™ 软件套件吗？

与我们的其他表面分析仪器相同，Nexsa 也运行在 Avantage 软件系统之上，它可以控制所有的真空操作、数据采集、数据处理以及数据报告输出。

使用 Avantage 的多种功能，我们可以快速地获取样品数据以及处理结果。它能够自动处理开始时的全谱扫描，进行自动解析，从而确定存在的元素，并提示我们接下来需要做什么，以便理解样品中的元素化学状态。 我们推出了多种新功能，不仅可以快速处理图像和了解化学状态在表面上的分布，还能处理 ISS、REELS 或 UPS 等其他类型数据。 比如，它可以处理 REELS 和 UPS 数据，以查看材料的带隙或功函数。

由于 Nexsa 利用了多种技术进行数采集，为了准确地理解样品表面的情况，我们需要一种能力来对 ISS、XPS、Raman 和 UPS 生成的结果进行一致处理。 而 Avantage 正好能对这些不同技术生成的结果进行统一处理，例如 ISS 和 XPS，或拉曼和 XPS 等。通过快速获得完整图像，我们就能准确地了解样品表面的情况。

SnapMaps 可以为 Nexsa 用户提供哪些帮助？

使用 SnapMap 技术，用户不仅能快速获得 XPS 图像，还能从图像中获取位置信息用于后续分析。

SnapMap 可用于多种不同的实验目的。 使用大面积的 SnapMap，可确定样品表面的化学分布。 使用小面积的 SnapMap，可将分析的特征尺寸降至 10 微米。 SnapMap 包含完整的光谱，可用于定位具有不同化学成分的区域，这些区域可能在光学上没有区别，因此，即使是肉眼无法察觉的特征，也可被识别和鉴定，用于进一步分析。

SnapMap 的获取速度也意味着，可以非常容易地在标准工作流程中纳入 SnapMap，从而提供与传统 XPS 分析互补的空间信息。 凭借 Avantage 和 SnapMap 的强大能力，Nexsa 系统具有高度的自动化和易用性，得益于此，过去可能需要花费数小时才能完成的复杂分析，现在仅需要数分钟即可完成。

锂离子电池材料分析，是目前研究界和工业界共同关注的重点领域。 其中存在哪些主要挑战？Nexsa 系统能够怎样帮助克服这些挑战？

分析锂离子电池材料存在几个关键挑战。首先，分析的材料往往都对空气非常敏感。 换而言之，材料在进入系统之前，一旦暴露在空气中，就会改变其化学成分。

其次，锂是很难检测的，因此需要高度灵敏的仪器。

我们为 Nexsa 提供了一个可选的真空传输模块。 通过这个模块，可以在手套箱内装载样品，然后直接运送转移到XPS分析系统中，而无需暴露在空气中。 如果分析应用的重点方向是空气敏感型材料，也可在系统中集成手套箱。

使用 XPS 可以分析阴极、阳极和隔膜材料。 例如，我们可以观察原始电极的表面化学，并将其与已用电极的表面化学进行比较。 电池性能下降有多种表现形式，其中之一就是 SEI 层的形成。 我们可以用 XPS 深度剖析分布图来分析它的组成。

对于分析锂离子电池，Nexsa 的多技术分析能力具有极高的价值。 无需从系统中取出样品，Nexsa 便可同时执行 XPS 和拉曼光谱分析，这种独特的能力，对于完全表征碳基阳极材料的分析很有用。

凭借它的高性能和多技术能力，Nexsa 非常适合于锂离子电池分析和应对未来的电池挑战。

因为薄膜电池材料的高能量输出和功率密度越来越受欢迎。 如何使用 XPS 来分析此类材料？

虽然薄膜固态电解质电池已经投入了生产，但在未来几年内，要求提高此类电池能量输出和功率密度的需求将会与日俱增。 锂磷氮氧化物 (LiPON) 材料可能会满足这一需求。

为了制造出 LiPON 薄膜，通常会使用原子层沉积 (ALD) 技术。 要实现薄膜所需的电性能，必须对这些材料的元素组成或化学态进行修改，以产生所需的性能。 而要分析元素浓度和 LiPON 薄膜的化学成分，XPS 正是一种理想技术。 它不仅具有化学态敏感性和表面敏感性，还可进行无标样快速定量。

LiPON 薄膜的制造厚度可以是 10 纳米到 1 微米之间的任何厚度。 对于较薄的薄膜，我们可以仅用 XPS 来分析化学成分，但对于厚度超过 10 纳米的薄膜，我们必须将 XPS 与离子溅射进行结合。 虽然单原子 Ar+ 的传统溅射形式非常适合于对薄膜进行快速截面分布分析，但它们会对我们试图研究的化学成分造成破坏。 有了 Nexsa 和 MAGCIS 离子源，我们可以生成 75 到 2,000 个氩原子的气体团簇。 通过使用 75 到 300 个原子之间的较小型团簇，我们可以有效地溅射 LiPON 薄膜，同时不会改变元素化学态。

关于 Tim Nunney

Tim Nunney 博士是 Thermo Scientific 表面分析（X 射线光电子能谱）和微区分析（EDS，WDS 和 EBSD）产品线的市场营销经理。 他的职责涉及产品营销的所有方面，包括并行开发、客户评估、产品开发和商业支持。 自 2004 年以来，他一直在赛默飞世尔科技公司任职，此前曾在运营团队中担任应用科学家职位。 加入赛默飞世尔科技公司之前，他曾在南安普顿大学担任博士后研究员，研究金属表面分子解离的动力学。 凭借在利用反射吸收红外光谱 (RAIRS) 和 XPS 在过渡金属表面上催化分解甲胺方面的研究，他在利物浦大学获得了表面科学博士学位。

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