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  軒轅棵書 2007-05-13 00:00:00

  多產(chǎn)品和生產(chǎn)過程的質(zhì)量水平都與產(chǎn)品表面有關(guān)。然而表面是相對獨(dú)立的，它的組成可能由于某些特殊元素在表面的聚集、表面改性、等離子表面處理、離子注入或者偶然的污染、附加的防護(hù)性、裝飾性薄膜等原因而與基體組成有極大的區(qū)別。無論什么原因，了解表面的組成是非常重要的，并且由此發(fā)展出許多表面分析技術(shù)：從Z簡單的視覺檢驗(yàn)到先進(jìn)的顯微鏡和微分析手段。其中從20世紀(jì)初發(fā)展起來的二次離子質(zhì)譜技術(shù)便是一種先進(jìn)的分析技術(shù)，它作為一種zhuo越的，不可取代的表面分析技術(shù)成為表面分析領(lǐng)域的利器。 二次離子質(zhì)譜（Secondary Ions Mass Spectrum 簡稱SIMS）采用質(zhì)譜技術(shù)分析表面原子層以確定表面元素組成和分子結(jié)構(gòu)。它的分析原理非常容易理解：將需要分析的樣品放置在真空中，用被稱為“一次離子”的高能量離子轟擊樣品表面，入射離子穿透樣品表面并引發(fā)表面原子互相撞擊，撞擊導(dǎo)致表面上的分子和原子脫離表面并離子化，然后這種從表面上脫離的“二次離子”被質(zhì)譜儀收集并分析，從而得到樣品表面的化學(xué)組成情況。同時(shí)，隨著入射離子時(shí)間的延長，表面原子層會(huì)被逐漸剝蝕，根據(jù)分析時(shí)間和離子強(qiáng)度建立的坐標(biāo)，可以得到某種離子隨表面深度的變化其濃度變化情況。 盡管早在1910年，二次離子現(xiàn)象就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，由于二次離子分析有極高的表面靈敏度，能夠?qū)Ρ砻孢M(jìn)行靜態(tài)分析以及深度剖析而被所有表面分析人員所關(guān)注并重視。然而，這種看來應(yīng)該被迅速推廣的分析技術(shù)卻因?yàn)閮x器造價(jià)昂貴，操作維護(hù)費(fèi)用巨大，對人員實(shí)際操作水平要求極高，分析譜圖解釋困難等諸多因素，造成人們對二次離子質(zhì)譜技術(shù)“昂貴、極其專業(yè)、必須是專家才能操作并且圖譜解釋模糊”的印象，限制了二次離子質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展。直到今天，全世界只有不超過1000臺(tái)二次離子質(zhì)譜儀在使用。 現(xiàn)在，Millbrook公司Mini SIMS的出現(xiàn)改變了這種情況。Millbrook公司是一家有著豐富質(zhì)譜生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的英國公司，它生產(chǎn)的臺(tái)式二次離子質(zhì)譜結(jié)構(gòu)緊湊，通過Windows下的軟件對儀器進(jìn)行全自動(dòng)操作，其質(zhì)譜峰檢測鑒定軟件和幾百種常用有機(jī)物質(zhì)譜峰數(shù)據(jù)庫可以幫助對圖譜進(jìn)行解釋，無須專家進(jìn)行操作，并且儀器造價(jià)和維護(hù)費(fèi)用僅僅需要傳統(tǒng)SIMS系統(tǒng)費(fèi)用的10-15%。 Mini SIMS為用戶提供了一些其他表面分析技術(shù)所不具備的性能。 1、樣品在高真空下得到的樣品表層真實(shí)信息，在靜態(tài)分析條件下信息僅來自表面層，而動(dòng)態(tài)分析時(shí)信息僅來自幾個(gè)原子層。 2、可分析質(zhì)量數(shù)范圍3-300的全部元素，包括鋰、鈹、硼等輕質(zhì)量元素。 3、可對元素同位素進(jìn)行檢測，用于同位素分析或利用同位素提供的信息。 4、SIMS是一種“軟電離”手段，通過對碎片離子峰分析，從而確定表面化合物的結(jié)構(gòu)。 5、通過入射離子束的掃描或直接成像，實(shí)現(xiàn)微區(qū)面分析，具有高空間分辨能力。 6、聚焦入射離子束對表面進(jìn)行剝離，可以實(shí)現(xiàn)對十個(gè)成分的跟蹤分析，達(dá)到三維微區(qū)分析的目的。 7、SIMS是一種質(zhì)譜技術(shù)，是檢測特定核質(zhì)比離子的分析技術(shù)，它的本底噪音低于電子能譜?？蓹z測正負(fù)二次離子，從而具有極高的靈敏度，可以達(dá)到10-6甚至更低，是所有表面分析方法中靈敏度Z高的一種分析手段，具有很寬的動(dòng)態(tài)范圍。 表面改性在不改變基體性質(zhì)的情況下賦予材料表面一些特殊的性質(zhì)。離子注入是一種非常重要的表面改性手段，Mini SIMS通過Depth Profile功能同時(shí)對10種元素隨表面深度其濃度的變化情況進(jìn)行分析，以檢測離子注入效果，從而改進(jìn)離子注入條件，優(yōu)化表面功能。生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中用于替代血管材料的PTFE管子具有優(yōu)良的機(jī)械性能，盡管材料表面親水性差，仍然可以通過等離子體表面改性克服，但是隨著材料在空氣中放置時(shí)間的延長，其親水性能減弱。Mini SIMS通過對處理過的材料和暴露在空氣一段時(shí)間后PTFE表面化學(xué)成分的變化，揭示氬等離子體改性的PTFE管子無論在表面改性后或經(jīng)過放置均較其他氣體等離子體處理的材料具有更的親水性能。 表面污染會(huì)導(dǎo)致黏結(jié)劑黏結(jié)效果降低，產(chǎn)品性能降低，甚至失效。而通常的表面污染僅僅是幾個(gè)原子層厚的有機(jī)物。比如：鋁金屬表面的油污染可以使金屬涂料脫落或金屬黏結(jié)劑效果降低，Mini SIMS可以通過離子“指紋”數(shù)據(jù)庫的比較判定污染物的分子結(jié)構(gòu)、組成信息，通過圖象分布功能評價(jià)污染物的污染范圍，通過污染物形狀等信息得到污染物可能的產(chǎn)生原因以給出相應(yīng)的產(chǎn)品表面清潔、儲(chǔ)存處理改進(jìn)方法。而半導(dǎo)體生產(chǎn)線上的快速污染檢測、判定和處理也可通過Mini SIMS在很短的時(shí)間內(nèi)得出結(jié)論。同樣，催化劑表面污染會(huì)導(dǎo)致催化劑效能降低甚至催化劑中毒。在某一多步合成反應(yīng)中鈀催化劑的壽命大大低于預(yù)期，而硫中毒被懷疑是導(dǎo)致這一結(jié)果的原因。通過比較新生成的催化劑和使用后的催化劑的陰陽離子圖譜，根據(jù)氯35和氯37以及175-180之間的氯化鈀譜峰可以斷定是氯引起催化劑壽命縮短而非預(yù)計(jì)的硫。 表面涂層可以大大改變產(chǎn)品的表面性質(zhì)。表觀相同剃須刀片的使用壽命卻相差數(shù)倍，Mini SIMS對刀片涂層進(jìn)行比較分析，通過表面比較，特定離子分布圖象比較和深層剖析得到結(jié)論：刀片均由不銹鋼組成，均含有用于潤滑效果的氟化物涂層，然而隨著深度剖析，壽命長的刀片在邊緣刀鋒處的氟化物涂層更厚，并且在這些區(qū)域有非常薄的一層加強(qiáng)白金涂層。這些結(jié)論對于產(chǎn)品生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)過程的設(shè)計(jì)非常重要。 考古樣品的處理對于文物保存十分重要，許多出土的古物由于保存措施不利在出土不久就失去了應(yīng)有的文物價(jià)值，Mini SIMS通過對一些古代銀制品表面的研究，比較出土文物、長時(shí)間裸露的文物、經(jīng)過不同保護(hù)措施處理的文物表面及表面以下一定深度各種元素的含量，得出各種保護(hù)措施實(shí)際為文物提供的保護(hù)效果，為英國博物館文物保護(hù)提供了寶貴的參考意見。 綜上所述，Mini SIMS是一臺(tái)極其穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、維護(hù)簡單、能夠迅速完成分析任務(wù)并對圖譜進(jìn)行解釋的多功能全自動(dòng)操作二次離子質(zhì)譜分析儀器。它為科學(xué)研究人員和質(zhì)量控制人員提供了可靠的表面、界面及表面下一定范圍內(nèi)的元素分析數(shù)據(jù)，已經(jīng)為表面涂層、腐蝕與防腐蝕、離子注入表面改性、表面處理、電子器件、生物醫(yī)學(xué)材料、半導(dǎo)體、包裝材料、腐蝕磨損研究、潤滑劑、催化劑、黏結(jié)劑、材料表面改性、考古、文物保護(hù)、食品保存、核燃料等多個(gè)領(lǐng)域所應(yīng)用。

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  836203012 2017-09-15 00:00:00

  二次量子化又叫正則量子化，是對量子力學(xué)的一種新的數(shù)學(xué)表述。普通的量子力學(xué)方法只能處理粒子數(shù)守恒的系統(tǒng)。但在相對論量子力學(xué)中，粒子可以產(chǎn)生和湮滅，普通量子力學(xué)的數(shù)學(xué)表述方法不再適用。二次量子化通過引入產(chǎn)生算符和湮滅算符處理粒子的產(chǎn)生和湮滅，是建立相對論量子力學(xué)和量子場論的必要數(shù)學(xué)手段。相比普通量子力學(xué)表述方式，二次量子化方法能夠自然而簡潔的處理全同粒子的對稱性和反對稱性，所以即使在粒子數(shù)守恒的非相對論多體問題中，也被廣泛應(yīng)用。 然而，現(xiàn)在的二次量子化理論反映物質(zhì)埸的特征是不夠全面的。其一：只用作為埸的自由度的廣義坐標(biāo)，是一維的無窮多個(gè)指標(biāo)的廣義坐標(biāo)，也就是說盡管是多個(gè)指標(biāo)，它在空間的自由度卻僅有一維。無窮多個(gè)指標(biāo)的廣義坐標(biāo)，只分別對應(yīng)無窮多個(gè)光量子，描寫它們一維的狀態(tài)。為了描寫物質(zhì)埸的矢量性，物質(zhì)埸 的自由度的廣義坐標(biāo)也應(yīng)該是多維的廣義坐標(biāo)，必須把推廣成， 對應(yīng)物質(zhì)埸在處的振動(dòng)的動(dòng)量，對應(yīng)物質(zhì)波的幾率密度，即傳統(tǒng)的二次量子化理論中的態(tài)函數(shù)。

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