高新分中心仪器推介之飞行时间二次离子质谱

飞行时间二次离子质谱

飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）是一种非常灵敏的表面分析技术，该技术可以提供样品表面及界面的详细元素及分子信息，还可以配合刻蚀技术，提供完整的三维分析，可用于分析所有的导体、半导体及绝缘材料。该仪器具有高质量分辨率，检测速度快、质量范围无限制等优点；同时，TOF-SIMS探测灵敏度很高，可以达到ppb量级；此外，TOF-SIMS采用脉冲式一次离子束，离子束流较低，因此能够实现近乎无损的表面分析。这些优点，使其在表面成分分析、表面痕量分析、表面缺陷、表面改性等方面的研究都有极其优异的表征能力。

 仪器中文名：飞行时间二次离子质谱

 仪器英文名：Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (TOF-SIMS)

 仪器型号：M6

 存放房间号：物质科学交叉前沿研究中心 515实验室

 仪器管理员：

 李秋花，email: qhli@ustc.edu.cn

 刘建一，email：liujianyi@ustc.edu.cn

 姜志全，email: jzhiquan@ustc.edu.cn

 刘婉婷，email：wtliu@ustc.edu.cn

PART.1主要参数

1.低质量时质量分辨率（SiH⁺：29amu）：≥17000

2.高质量时质量分辨率（＞200amu）：≥26000

3.分析绝缘体时质量分辨（on PET：104amu）：≥18000

4.质量范围：1～12000amu

5.质量精度：〈 1 mu for m< 100 u; < 10 ppm for m > 100 u

6.探测极限：ppm – ppb量级

7.线性响应范围内最大计数率> 1×10⁷次/秒

PART.2仪器功能和适用范围

1.静态表面质谱：样品表面1-2个原子层的准无损分析，得到表面元素及分子信息，灵敏度可以达到ppm/ppb量级。

2.表面成像：能够得到表面元素及分子的二维分布特征，其横向分辨率为50nm，实验过程中可以平行获取所有组分二维成像。

3.深度剖析：结合双离子束，可以进行深度剖析，实现材料内部深度分布分析，得到内部元素及分子信息，深度分辨率为1nm，通常深度分析范围到um量级。

4.三维分析：将横向和深度信息结合，可以实现材料的三维分析，还原出样品三维空间信息。

PART.3样品测试要求

1.样品无毒无害、无放射性、无挥发性

2.形状较为规则的薄片或块材，边长1—2cm（1.2cm左右较佳），厚度不超过1.5cm。（如有特殊尺寸请线下咨询）

3.通过溶液涂膜方法制备薄膜样品时，最好使用表面平整的导体或半导体作为衬底，例如：Si片， 镀金的Si片，导电玻璃或银片等。

4.送样备注好样品成分等信息，测试目的及内容。

PART.4性能及应用介绍

1.仪器质量分辨数据

2.仪器空间分辨数据，优于50nm

3.TOF-SIMS表征手段在不同材料体系中应用

TOF-SIMS测试通过化学组成的空间分布和深度剖析，直接证明了Li₃PO₄界面层的成功构建、SEI成分的优化以及溶剂共嵌入的抑制效果，为理解Li₃PO₄如何通过调控界面，提升锂电池快充和低温性能提供了关键实验证据。(Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202402301)

利用TOF-SIMS直观表征改良前后的电池中LiF2-、NbClO-和ClO-在不同循环次数下的含量，结果表明改良后表面形成PFPE-COOH/PFPE-COOLi复合涂层与富LiF CEI的双层防护结构，抑制高电压下的界面副反应。该发现为高电压全固态电池中氯化物电解质的界面调控提供了直接的化学证据，验证了PFPE-COOH涂层在抑制氧化分解和提升循环稳定性中的关键作用。(Nano Lett, 2026, 26: 1757-176)