AES在月壤研究中的应用

表面是指固体表面一个或数个原子层的区域，是与外界进行物质交换和能量交换的通道，其性质（如化学组成、原子排列、电子状态等）与体相具有诸多不同，但是材料的表面行为往往决定了材料/器件的功用和性能。因此，表面分析对于新材料、新技术的研发至关重要。常用的表面分析技术主要有XPS、AES和TOF-SIMS等，其中，AES技术能够实现对纳米尺度特征的表面进行化学分析。

俄歇电子能谱仪（Auger Electron Spectroscopy，AES）采用场发射电子源入射样品的表面，激发出二次电子（用于形貌观察）以及俄歇电子（用于成分分析）。AES主要用于分析固体材料表面纳米深度的元素（部分化学态）成分组成，可以在纳米级尺度下对表面形貌进行观察和成分表征。AES的分析深度通常为4-50 ?，二次电子成像的空间分辨可达3 nm，成分分布像空间分辨可达8 nm，可分析材料表面元素组成（Li～U），是真正的纳米级表面成分分析设备。可满足合金材料、催化剂、半导体、新能源材料、电子器件等材料和产品的分析需求。

2020年12月17日，中国嫦娥五号探测器成功将1731克月壤带回地球。铁是一种多价态元素，是月壤的主要金属成分。铁的氧化态反映了氧化还原环境，与玄武岩行为、空间风化、撞击诱发的变质等内外地质过程密切相关，影响着月球土壤的形成和演化。月壤中广泛存在纳米级单质金属铁（Nanophase Iron Particles, np-Fe⁰），通过研究嫦娥五号月壤中铁元素价态及分布特征，有望为np-Fe⁰的多种成因机制研究提供新依据。扫描俄歇纳米探针具有极高的纳米级表面分析灵敏度，同时还可以通过AES峰位及峰形分析土壤中铁单质及其氧化物，因此是检测样品表面污染及氧化的有效手段。

图2. 嫦娥五号月壤（CE5C0400YJFM00505）颗粒及扫描俄歇纳米探针分析位置示意图。

图3. （a）月壤FIB切片中各相（编号与图2对应）的AES全谱；（b）Fe MNN的微分窄谱；（c）Fe MNN的积分窄谱。

图4. (a) CE5C0400YJFM00505-G2的背散射电子图像。绿色矩形表示FIB位点。(b) TEM-EDS测绘区域的高角度环形暗场(HAADF)图像。(c) AES制图区的HAADF图像。(d) CE5C0400YJFM00505-G2提取的FIB箔HAADF图像。(e)铁的TEM-EDS图像。(f) Fe⁰的AES影像。