南京古生物所研发三维X射线荧光扫描仪为无损测量提供新工具

地球迄今大约已有45亿年历史了。为研究、叙述方便，地质学家根据生物发展的不同阶段，把地球的历史划分为好几个代，代下分纪，纪下分世。化石是存留在岩石中的古生物遗体、遗物或遗迹，最常见的是骨头与贝壳等。是保存在岩层中地质历史时期的古生物遗物和生活遗迹以及生物成因的残留有机分子。人们通常用它们来作为划分对比地层的重要依据。

近期，南京地质古生物研究所研发的“非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法”获得国家发明专利授权。该团队研发的三维X射线荧光扫描仪增加了惰性气体喷气口，可降低大气中的氧气、氮气对测量结果的影响使得测量环境可与真空媲美。激光漫反射能量检测反馈系统可实现非光滑表面的精准检测，从而使大型化石表面化学元素分布的无损测量成为可能。

表面分析技术是对固体表面或界面上只有几个原子层厚的薄层进行组分、结构和能态等分析的材料物理试验。也是一种利用分析手段，揭示材料及其制品的表面形貌、成分、结构或状态的技术。

自20世纪60年代中期金属型超高真空系统和高效率微弱信号电子检测系统的发展，导致70年代初现代表面分析仪器商品化以来，至今已产生了约50种表面分析技术。表面分析技术发展的动力来自两个方面，一方面是由于表面分析对了解表面性能至关重要，而表面性能又日益成为现代材料的至关重要的指标。另一方面，也来自科学家和工程师对探索未知的追求。从实用表面分析的角度看，在众多的表面分析技术中，有四种技术在过去的十几年内由世界上几家公司不断改进，巳发展为成熟的分析工具。它们是俄歇电子谱(AES)，X射线光电子谱(XPS)，二次离子质谱(SIMS)和离子散射谱(ISS)，它们已应用渗透到材料研究的许多领域。

表面科学研究的是表面和与表面有关的宏观和微观过程，从原子水平认识和说明表面原子的化学、几何排列、运动状态、电子态等性质及其与表面宏观性质的联系。表面分析的主要内容有：

(1)表面化学组成：表面元素组成，表面元素的分布，表面元素的化学态，表面化学键，化学反应等;可用技术：XPS(X- ray Photoelectron Spectroscopy，X射线光电子能谱)、AES(Auger Electron Spectroscopy，俄歇电子能谱)、SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy，二次离子质谱)、ISS( Ion Scattering Spectroscopy，离子散射谱)。

(2)表面原子结构：表面层原子的几何配置，确定原子间的精确位置。表面弛豫，表面再构，表面缺陷，表面形貌;可用技术：LEED(Low Energy ElectronDiffraction，低能电子衍射)、RHEED(Reflection High - Energy Electron Diffrac-tion，反射式高能电子衍射)、EXAFS(Extended X- ray Absorption Fine Structure，扩展X射线吸收精细结构谱)、SPM(Scanning Probe Microscope，扫描探针显微镜)、FIM(Field Ion Microscope，场离子显微镜)。

(3)表面原子态：表面原子振动状态，表面吸附(吸附能、吸附位)、表面扩散等;可用技术：EELS(Electron Energy Loss Spectroscopy，电子能量损失谱)、RAIRS(Reflection Absorption InfraRed Spectroscopy，反射吸收红外谱)。

(4)表面电子态：表面电荷密度分布及能量分布(DOS)、表面能级性质、表面态密度分布、价带结构、功函数、表面的元激发。可用技术：UPS(UltravioletPhotoelectron Spectroscopy，紫外光电子能谱)、ARPES(Angle Resolved PhotoEmis-sion Spectroscopy，角分辨光电子能谱)、STM(Scanning Tunneling Microscope，扫描隧道显微镜)。

表面分析系统包括x射线光电子能谱(XPS)仪和紫外光电子能谱(UPS)仪，利用表面分析系统，可从原子层面上分析阴极材料的净化效果，分析激活前后阴极表面原子的构成和排列，进而可较深入地研究阴极的激活机制和NEA特性的形成机制。

表面分析方法有数十种，常用的有离子探针、俄歇电子能谱分析和X射线光电子能谱分析，其次还有离子中和谱、离子散射谱、低能电子衍射、电子能量损失谱、紫外线电子能谱等技术，以及场离子显微镜分析等。