[发明专利]一种直接获得材料界面氧势和结构的方法

权利要求书

1.一种直接获得材料界面氧势和结构的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：对固体样品的表面进行刻蚀，形成待检测样品界面；

步骤2：利用Al Kα或者Mg KαX射线对待检测样品界面进行XPS检测，得到X射线光电子能谱全谱及目标元素高分辨谱图；

步骤3：根据X射线光电子能谱全谱定量及目标元素高分辨谱图拟合处理，得到待检测样品界面元素定量信息及价态分布信息；

步骤4：结合待检测样品界面元素定量信息，进行多元熔体热力学平衡计算获取待检测样品界面的界面氧势；结合价态分布信息，得到待检测样品界面的结构信息；结合刻蚀信息，得到不同深度的结构变化，

其中，所述步骤4具体包括：

步骤41：将待检测样品界面元素转换为氧化物形式，假定刻蚀每一层的元素分布均匀，且在实验条件每一层处于平衡状态，结合待检测样品界面元素定量信息，基于多元熔体热力学平衡计算，利用Factsage软件Equilib模块，计算得到不同成分条件下的界面氧势；

步骤42：对界面氧进行类似价态拟合处理，结合价态分布信息，进行谱图修正、谱峰拟合、定量处理，得到不同形式氧的定量结果，根据三种氧O^2-自由氧、O⁰桥接氧和O^-非桥接氧的关系得到不同氧的比例，确定其结构分布，得到待检测样品界面的结构信息；

步骤43：基于步骤1中的刻蚀速率及刻蚀时间得到深度信息，结合步骤41和步骤42，利用不同深度的界面氧势和结构信息，得到不同深度的氧势分布及结构变化，表明从表面到本体的梯度演变，

其中，所述步骤42具体包括：

谱图修正：以C1s为基准，以284.8eV为基准校准特征峰位置；

谱峰拟合：根据不同氧不同结合能位置，对特征峰进行拟合，其中O^2-自由氧、O⁰桥接氧和O^-非桥接氧的结合能分别为528.4eV、532.12eV和531eV；

定量处理：在拟合结果基础上，以原子比或质量比进行定量，其中，三种氧的关系为：

O^2-+O⁰＝2O^-

由此得到不同氧的比例，确定其结构分布，K为平衡常数，与温度相关。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：基于实验所得材料的固体样品，在确保界面没有污染的条件下，在X射线光电子能谱仪中，对所述固体样品表面进行Ar⁺离子束轰击刻蚀，去除一些表层的原子，露出内部的区域，形成待检测样品界面。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，刻蚀光斑尺寸为500微米，刻蚀速度0.2nm/s。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：在刻蚀形成的待检测样品界面处，利用AlKα或者Mg KαX射线为激发源，检测周期表中除氢、氦以外的所有元素，得到X射线光电子能谱全谱及目标元素高分辨谱图。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，对待检测样品界面的元素获取X射线光电子能谱全谱及目标元素高分辨谱图通过下式获得：

E_k＝hν-E_B

式中，E_k为出射的光电子动能；hν为X射线源光子的能量；E_B为特定原子轨道上的结合能，即不同原子轨道具有不同的结合能。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

步骤31：基于X射线光电子能谱全谱，对待检测样品界面的元素进行定量分析，得到待检测样品界面元素定量信息；

步骤32：基于目标元素高分辨谱图进行谱图修正、谱峰拟合及定量处理，以对待检测样品界面的元素进行价态分布分析，得到待检测样品界面元素价态分布信息。