元素魔方科研服务

三维原子探针（Atom Probe Tomography，简称APT或3DAP）是一种前沿的材料分析技术，能够在近原子尺度上实现三维元素分布映射和化学成分精确测量。作为目前唯一能提供原子级三维成像的手段，APT在材料科学领域扮演着关键角色。它起源于场离子显微镜，经过数十年发展，已从金属材料扩展到半导体、能源材料等领域。本文将从基础原理入手，逐步深入探讨其结果输出、样品要求、应用场景、与其他测试的比较以及实际案例，帮助大家全面理解这项技术。以后我们将更新更多此类硬核科普，欢迎关注~

在制药、材料科学和化学领域，晶体多晶型（polymorphism）是固体物质的一种常见现象，指同一化学成分的化合物可形成不同的晶体结构。这些不同晶型可能导致显著的物理化学性质差异，如溶解度、稳定性、生物利用度和加工性能。例如，在药物开发中，不同晶型可能影响药效、安全性和专利保护。因此，准确鉴定和量化晶型是确保产品质量和工艺优化的关键步骤。晶型检测方法可分为定性和定量两大类。定性方法旨在识别晶型的存在和类型，而定量方法则测量特定晶型的比例。本文将系统阐述这些方法的原理、区别与应用。

测试结果示例（图5）：图5为铝合金挤压型材的EBSD取向图（IPF图），不同颜色代表晶粒的{001}极图取向，显示挤压过程中形成了强＜111＞织构，解释了材料深冲性能的提升机制。测试结果示例（图4）：图4为钢渣样品的EDS元素mapping图，Fe、Ca、Si元素呈明显区域性分布，对应不同物相（如铁酸钙与硅酸二钙），验证了钢渣的复杂组成。若需代为切割，请事先沟通。测试结果示例（图3）：图3为新鲜蓝莓的ESEM图像，未做任何前处理，表面绒毛与汁液囊结构清晰可见，展现了ESEM在生物样品原位观测中的独特优势。

在我们的日常生活中，许多材料如涂料、食品、药品和石油，都会随着温度、时间或力的大小而表现出奇妙的“流动”与“变形”行为。这些行为的背后，正是材料流变学特性的体现。而旋转流变仪，正是研究和测量这些特性的“利器”。它广泛应用于石油、化工、制药等领域，帮助科学家们深入了解材料的黏性、弹性和变形性能。

动态热机械分析（DMA）是一种通过施加周期性应力或应变，研究材料在温度、频率或时间等变量下的力学性能与动态响应的技术。其核心原理基于材料的粘弹性特性，即材料在受力时同时表现出弹性（能量储存）和粘性（能量耗散）行为。

适合分析材料：塑料（如家电外壳用ABS）、橡胶（如汽车内饰橡胶件）、纺织品（如窗帘面料）、建筑材料（如保温泡沫板）、电子电工产品（如PCB基板）等需满足防火安全标准的材料。适合分析材料：金属材料（如钢材拉伸）、塑料（如PP弯曲强度）、橡胶（如轮胎橡胶）、复合材料（如碳纤维板）、建筑材料（如混凝土抗压）、纺织物（如牛仔布撕破强力）等。适合分析材料：陶瓷（如氧化铝陶瓷热稳定性）、金属材料（如焊点热膨胀匹配性）、聚合物（如聚苯乙烯软化点）、建筑材料（如混凝土线膨胀系数）等需关注尺寸稳定性的材料。

能量范围在4000eV~23000eV，可测元素包括Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru的K吸收边，Sb、Te、I、Ce、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Bi、Po、At、Fr、Ra、Ac、Th、Pa、U、Np、Pu、Am、Cm、Cm、Bk、Cf、Es、Fm、Md、No、Lr的L3吸收边。

同步辐射XAFS测试是分析材料原子结构的重要技术，适用于研究元素价态、键长等信息。同步辐射光源提供高强度、可调能量的X光束，使XAFS测试更精准。XAFS通过扫描X光能量获得吸收谱图，分为XANES（电子结构）和EXAFS（邻近原子结构），广泛应用于材料科学、环境分析等领域。测试前需确定元素类型、准备适量样品，并选择透射或荧光模式。本文为零基础读者解析XAFS原理、应用及样品准备步骤，帮助判断技术适用性并指导后续操作。

AFM是一种扫描探针显微技术，与传统光学显微镜不同，它不依赖光线，而是通过一个安装在柔性悬臂上的尖锐探针来“感知”样品表面。探针与样品之间的相互作用力会导致悬臂发生微小偏转，这些偏转通过激光和光电探测器精确测量。AFM通过逐行扫描样品表面，构建出三维形貌图像，分辨率可达亚纳米级（约0.01纳米）。AFM的操作模式多样，包括接触模式、非接触模式和轻敲模式，每种模式适用于不同类型的样品和测量需求。

穆斯堡尔谱是一种通过伽马射线与原子核相互作用来研究固体材料的技术。它特别擅长分析含铁材料，因为铁的同位素57Fe具有理想的核特性。

本文系统介绍了25种关键材料表征技术，分为显微技术、光谱技术、色谱技术、元素分析技术和热分析技术五大类。

聚焦离子束（FIB）技术是一种高精度的微纳加工和分析工具，利用聚焦的离子束（如镓离子）与材料表面相互作用，实现纳米级操作。FIB最初应用于半导体行业，现已扩展至生物学、材料科学等领域。其核心功能包括高分辨率成像、精确刻蚀、材料沉积和分析。FIB与扫描电子显微镜（SEM）结合形成FIB-SEM系统，用于三维断层成像和微观结构分析；与透射电子显微镜（TEM）结合，可制备超薄样品，支持原子级分辨率的结构分析。FIB技术通过优化参数和结合多种分析手段，在材料科学、半导体和生物学研究中发挥重要作用。

要理解球差电镜，首先需要明白什么是“球差”。想象你用一个放大镜聚焦阳光，想点燃一张纸。如果放大镜完美无瑕，所有光线都会汇聚到一个点，纸很快就会燃烧。但现实中，放大镜存在缺陷，光线会散开，形成一个模糊的光斑，无法精确聚焦。这种缺陷就是球差。在电子显微镜中，电子束通过电磁透镜聚焦时也会遇到类似的问题。电磁透镜的球差导致电子束无法聚焦到一个理想的点，而是形成一个弥散圆，从而限制了分辨率。传统电子显微镜受限于球差，其分辨率通常停留在1-2纳米左右，难以看清更小的细节。球差电镜的关键在于它配备了球差校正器。

要理解TOF-SIMS，首先需要明确“二次离子”的概念。二次离子是当一束高能初级离子（如Ga+、Au+或Bi+）轰击样品表面时，从表面激发出的带电粒子。这些粒子携带着样品表面的化学信息，因此精确捕获和分析这些二次离子是表面分析的核心。TOF-SIMS的工作流程可概括为以下步骤：初级离子轰击：使用脉冲式的初级离子束轰击样品表面，引起溅射过程，释放出二次离子、神经子和电子。二次离子提取与加速：释放的二次离子通过电场提取并加速进入飞行管。

纳米技术正在改变我们的世界，从药物研发到新型材料开发，纳米颗粒（尺寸在1-100纳米的颗粒）在生物医药、材料科学、环境科学等领域展现出巨大潜力。然而，纳米颗粒的性能高度依赖其尺寸、浓度和表面电荷等特性，精确测量这些参数成为研究和应用的关键。传统分析技术如电子显微镜（SEM）和扫描探针显微镜（SPM）虽然能提供高分辨率图像，但样品制备复杂、检测效率低，且仅限于静态样品分析。动态光散射（DLS）技术虽然操作简便，但对多分散样品（包含多种尺寸颗粒的样品）的分辨能力有限，难以准确反映样品的真实组成。

利用同步加速器提供能量，使带电粒子加速到接近光速，当带电粒子的速度和方向发生变化的时候，沿着偏转轨道切线方向发射出连续谱的电磁辐射，这个电磁辐射被称为同步辐射。

傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform infrared spectroscopy，简称FTIR)，大家应该都十分熟悉，广泛应用于塑料、涂层、填料、纤维等众多高分子及无机非金属材料的定性与定量分析。

聚焦离子束扫描电镜（FIB-SEM）作为一项先进的材料表征技术，在科学研究和工程领域扮演着至关重要的角色。通过结合聚焦离子束（FIB）和扫描电子显微镜（SEM）的功能，FIB-SEM技术实现了对材料微观结构的高分辨成像、局部取样和三维重建，为材料科学、生物学等学科领域的研究提供了强大的工具支持。

凝胶渗透色谱是一种色谱技术，它用高度多孔性的、非离子型的凝胶小球将溶液中多分散的聚合物逐级分开，配合分子量检测器使用即可得到分子量分布，是目前测定分子量分布最广泛应用的方法。它不仅可用于小分子物质的分离和鉴定，而且可以用来分析相对分子量不同的高分子化合物。

穆斯堡尔谱（Mossbauer spectroscopy）是通过穆斯堡尔谱来分析固态材料中超精细相互作用。穆斯堡尔谱测试能够提供关于原子核及其周围电子环境的详细信息，包括原子的价态、化学键的离子性和配位数、晶体结构、电子密度和磁性质等。由于其高选择性和无损伤检测的特点，穆斯堡尔谱测试在化学、材料科学、地质学、环境科学等众多领域中得到了广泛应用。

核磁共振是一种强大的分析工具，能够精确地测定样品的成分、纯度，并揭示其分子结构。核磁共振利用强磁场和特定频率的电磁波来探测分子的内部结构和组成。对于含有已知物质的混合物，核磁共振可以进行精确的定量分析。而面对未知化合物时，它可以通过与现有谱图数据库比对或直接分析谱图特征来推断其基本结构。一旦确定了化合物的基本框架，核磁共振还可以进一步探究溶液中分子的构象以及各种物理特性，如构象转换、相变过程、溶解性和分子扩散等。

答：球差电镜可分为AC-TEM（使用 Image 模式时，影响成像分辨率的主要因素是物镜的球差，球差校正装置安装在物镜位置） 和AC-STEM（使用 STEM 模式时，影响分辨率的主要因素是聚光镜的球差，球差校正装置会安装在聚光镜位置）。对于AC-TEM，在使用成像（Image）模式时，影响成像分辨率的主要因素是物镜的球差。这样可以有效地校正和减小物镜的球差，从而提高成像分辨率。因此,在AC-STEM中，球差校正装置会安装在聚光镜的位置，以校正聚光镜的球差，从而提高STEM模式下的分辨率。

紫外光电子能谱（UPS）是一种通过使用紫外光激发样品表面以释放光电子的表面分析技术。这些被释放的光电子的动能和数量构成了能谱，反映了材料的电子结构。UPS所使用的紫外辐射属于真空紫外能量范围，能够高分辨率地探测原子或分子的价电子的能量分布，从而深入研究样品的电子结构。对于气态样品，UPS能够详细测定各个分子轨道上激发电子所需的能量，提供分子轨道能级的直接图像。这使得UPS特别适合于分析和理解各种材料和化合物的电子性质，包括研究它们的价带结构和分子轨道信息。