【GDS微课堂-01】随Dr. JY 掀起GDS神秘面纱

2023-02-17 14:27:16, HORIBA HORIBA科学仪器事业部

Hello, 大家好，我是GDS微课堂的特邀讲师Dr. JY！鉴于有同学还不认识我，我先作下自我介绍：

我的全名叫做Jobin Yvon，我出生于1819年的法国，1997年加入了HORIBA集团，我这一辈子都在从事光谱分析的研究。

本次课程我会结合自身经验，采用片段式教学，带领大家共同学习GDS光谱技术。期间如果你有任何疑问，可以在我们的微信后台留言，我会及时为大家解惑。

好了，现在我们开始进入今天的正题。

什么是GDS？

好学的同学可能已经百度过GDS，那么我要强调了，此GDS非彼GDS。

我们所说的GDS可不是什么全球分销系统，而是GD-OES，是 Glow Dischange-Optical Emission Spectrometry 首字母的缩写，中文全名叫做辉光放电光谱技术，它是近期才逐渐流行起来的一种新型表面分析技术。

GDS最初起源于钢铁行业，主要被用于镀锌钢板及钢铁表面钝化膜等的测定。

图片来源：Pixabay

后来随着GDS光谱技术的逐步完善，仪器的性能也得以提升，可分析的材料越来越广泛。

HORIBA GD Profiler2 辉光放电光谱仪

GDS的原理

辉光放电是指低压气体中显示辉光的气体放电现象，由“电学之父”迈克尔·法拉第第一个发现。

迈克尔·法拉第（1791年～1867年）

图片来源：The Project Gutenberg eBook, Great Britain and Her Queen, by Anne E.

在讲辉光放电光谱仪的功能和应用之前，我先简单给大家介绍一下它的原理。

首先，将样品作为阴极装载在辉光源前：

辉光源充满了低压氩气，打开射频发生器，当电压达到一定值，超过激发氩气所需的能量，就产生了辉光放电，氩气离解为正电荷离子和自由电子：

带正电荷的氩离子在电场的作用下加速飞向阴极，并不断轰击作为阴极的样品表面，溅射出试样原子：

被溅射出来的原子经过与辉光中的粒子的碰撞，首先从基态变为激发态：

原子再次从激发态回到基态时将发出特征谱线：

光谱仪对这些特征谱线进行分光后，由探测器进行测定。

整个过程是动态的，氩气等离子体持续轰击样品表面并溅射出样品粒子，样品粒子持续进入等离子体进行激发发光，整个过程始终有新的层被溅射，从而导致光谱持续变化（如下图）。

GDS的功能

通过对GDS原理的描述，相信不少同学已经发现，GDS是一种非常适合对镀层样品进行分析的技术。

我们可以把镀层样品看成是彩虹蛋糕，而GDS技术就是把蛋糕一层层的剥离开，然后测定不同深度处每一层蛋糕的元素组成和分布。

图片来源：Pixabay

通过这种方式，你就可以在几分钟内知道：

样品中存在的元素种类
样品的镀层结构
镀层在深度上是否均一
镀层界面是否有污染
有没有表面处理过
层间是否有扩散
……

GDS的应用范围

我们上文提到，GDS技术起源于钢铁行业，但它的应用可不仅仅限于钢铁行业。随着现代光谱技术的不断发展，GDS不再挑食，导体、半导体、非导体材料构成的薄/厚镀层样品基本都是它的菜，可以检测的镀层厚度从几纳米到100~150μm不等，比如锂电池的正负电极材料、太阳能薄膜电池、LED芯片、聚合物薄膜、半导体镀层、镀锌钢板、彩涂板、光学镀层玻璃、离子注入材料、DVD盘、金属合金、陶瓷等。

如下图中涉及到的镀层，GDS基本都可以分析：

是的，你没看错，GDS就是如此强大！在接下来的课程里，我也会给大家详细介绍GDS是如何在这些领域大展拳脚的。

好了，关于GDS今天暂时就先介绍到这里。下一节我将围绕“GDS的相关概念”而展开，扒一扒GDS一些常用概念的定义，了解镀层分析中涉及的物理量等。

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