?運(yùn)營一個(gè)公司需要不同部門的合作，打好一場勝仗，需要不同的兵種配合。在分析儀器世界里，如果將儀器巧妙組合，讓它們充分發(fā)揮各自特長，也會(huì)事半功倍。

因?yàn)楦鞣N儀器的側(cè)重點(diǎn)不同，單一技術(shù)只能得到表面某一方面的信息，但不同儀器親密合作，就可以對樣品進(jìn)行多方位、多角度、多層次的檢測，終得到全面準(zhǔn)確、甚至超出預(yù)期的科研結(jié)果。

那你知道GDS都有哪些小伙伴嗎？他們怎么相互合作呢？今天我們請了三位小伙伴，來認(rèn)識一下他們吧！

01

拉曼光譜儀

GDS可以獲取不同深度處元素的含量分布信息，結(jié)合拉曼光譜儀能夠進(jìn)一步得到物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)信息。接下來，讓我們一起看下兩者是如何配合的。

GDS和小曼今天收到了一份委托，需要測定不同實(shí)驗(yàn)條件下產(chǎn)物是什么，以及怎樣分布。實(shí)驗(yàn)條件如下：

• 采用陽濺射法在含氟乙二醇溶液中制備了具有納米孔結(jié)構(gòu)的氧化鐵薄膜。

• 在不同的溫度（350℃、400℃、450℃）下進(jìn)行退火。

GDS和小曼分別對三份實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物進(jìn)行了檢測，結(jié)果如下：

GDS

我測定了不同深度處實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的元素濃度變化，以350℃退火溫度下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為例，可以明顯看出：隨著濺射時(shí)間的增加，不同深度處(X軸)Fe元素的濃度不斷變化，其他元素亦是。

綜合400℃和450℃退火溫度下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，元素濃度(譜峰強(qiáng)度)相近，可見實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物較為類似。但產(chǎn)物是什么？還需讓小曼揭曉。

GDS分析圖

拉曼光譜儀

將不同退火溫度下強(qiáng)拉曼峰與拉曼譜圖庫做對比，我發(fā)現(xiàn)：350℃退火溫度下主要產(chǎn)物是磁鐵礦，400℃和450℃退火溫度下是赤鐵礦，與上圖GDS的結(jié)果吻合。

拉曼光譜圖

綜合上述結(jié)果，我們獲取了Fe、C等元素隨深度改變的濃度變化信息，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步測得不同退火溫度下產(chǎn)物分別為磁鐵礦和赤鐵礦。

02

橢圓偏振光譜儀

由上文我們知道GDS能夠得到薄膜在不同厚度的元素含量分布，此外，GDS還能從元素深度的變化來獲取鍍層的結(jié)構(gòu)、均一性、厚度等信息。

結(jié)合橢偏儀擅長解析薄膜厚度和其光學(xué)常數(shù)的優(yōu)勢，兩者合作就能夠準(zhǔn)確獲得鍍層的結(jié)構(gòu)，并對鍍層光學(xué)特性有更全面的了解。

橢圓偏振光譜儀

Hi，我是橢小偏，做表面分析的同學(xué)應(yīng)該對我很熟悉吧！
我和GDS是老朋友了，我們經(jīng)常協(xié)作完成測試。近我們對薄膜太陽能電池進(jìn)行了分析，下面一起看下實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

GDS

先來說說我的發(fā)現(xiàn)，下圖我們可以看到電池鍍層不同深度處各元素的含量變化，并且我發(fā)現(xiàn)Mo基底表面還有兩層鍍層：層主要含Cu、Se、Sn，而第二層含S、Zn，由此我得到了鍍層的元素分布信息。

橢圓偏振光譜儀

我測試的是一款Cu2ZnSnS4太陽能光伏電池。下圖張是電池的光學(xué)常數(shù)折射率n和消光系數(shù)k隨波長的變化曲線；第二張圖是我模擬出的鍍層模型，由圖可知：底層為Mo基底；中間是Cu₂ZnSnS₄層，厚度1472nm；上層厚度為227nm且鍍層內(nèi)存在孔隙，從上往下孔隙率從95%下降到6.8%。

Cu₂ZnSnS₄太陽能電池的折射率n和消光系數(shù)k隨波長的變化
 

各鍍層的厚度和表層孔隙率模型

綜合上面兩種太陽能電池的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可知GDS能夠測得鍍層元素分布，橢偏儀可測得光學(xué)常數(shù)和鍍層結(jié)構(gòu)，兩者合作為我們進(jìn)一步解析材料提供了更為豐富的信息。

03

能譜儀（EDS）

能譜儀（EDS）主要是利用不同元素X射線光子特征能量不同，來獲取材料的元素種類以及含量等信息，如材料表面微區(qū)成分的定性和定量分析、固體材料的表面涂層分析等等，常和SEM掃描電鏡、GDS等合作，來獲取更為全面的鍍層信息。

EDS能譜儀

大家好，我能夠分析材料元素組成和含量等信息，但我獲取的是鍍層表面信息，無法探測較深的鍍層，SEM姐姐推薦我來找GDS幫忙。

GDS

沒問題，快將測定樣品告訴我，我來幫你把表層剝蝕掉，你再分析~

讓我們來見證一下當(dāng)GDS遇到EDS后產(chǎn)生的花火吧：

GDS測試結(jié)果

從上圖的GDS結(jié)果可以看出，0~5.8μm為純鋅層，5.8~7.8μm為含有鋅、鐵和鋁的合金層。為了方便能譜儀對合金層進(jìn)行測試，GDS剝蝕掉了表面的純鋅層，露出鐵鋁合金層，以便EDS進(jìn)一步剖析該層元素分布，結(jié)果圖如下：

EDS在GDS剝蝕后測試的結(jié)果

從測試結(jié)果可以看出，在合金層中，Al、Fe、Zn元素的濃度比例分別為3.64%、71.32%和25.05%。

鐵鋁合金層電鏡圖

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，GDS能夠幫助EDS和SEM剝蝕表面，制作可供分析的合格樣品，全面立體地展示出樣品結(jié)構(gòu)信息和元素分布，并得到元素隨深度變化的分布曲線，為進(jìn)一步解析鍍層提供了更為全面的信息。

今天的測試結(jié)果到這里就結(jié)束了，至此我們知道GDS跟拉曼光譜儀、橢圓偏振光譜儀、EDS能譜儀合作，能夠?qū)ξ镔|(zhì)進(jìn)行全面表征，綜合獲得材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、元素分布、光學(xué)常數(shù)等信息，這也為深入剖析材料提供了可供參考的方式。

通過上面的幾個(gè)例子，大家是不是對GDS與其他分析技術(shù)的合作有了更直觀的認(rèn)識呢？如果還有別的聯(lián)用方式，也歡迎大家跟我們分享~

至此，GDS微課堂全部結(jié)束啦！在這個(gè)系列里，我?guī)Т蠹伊私饬薌DS的基本原理、基本功能、常用概念、應(yīng)用范圍，并詳細(xì)講解了GDS在鋼鐵、鋰電池、太陽能電池以及LED行業(yè)中的應(yīng)用，后，還和大家分享了GDS與其它表面分析技術(shù)是如何協(xié)作的。

不知道同學(xué)們掌握的如何了？可以點(diǎn)擊往期回顧，再復(fù)習(xí)一遍。

不于GDS，之后我們還將帶來一系列其他光譜技術(shù)，請一直關(guān)注我們喲！

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