JB/T4278.1—××××JB/T4278.1—××××掃描電化學顯微鏡校準規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于分析物質微區(qū)電化學特性的，配置三電極系統(tǒng)、XYZ定位系統(tǒng)、金屬探針、壓電單元、靜電計、鎖相放大器、系統(tǒng)控制器和高精度攝像頭，具有恒電位、循環(huán)伏安及掃描開爾文探針系統(tǒng)功能的掃描電化學顯微鏡的校準。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件:JJF1059.1—2012測量不確定度評定與表示凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本規(guī)范。3術語3.1工作電極workingelectrode電化學體系中被研究和測量的電極。3.2參比電極referenceelectrode具有穩(wěn)定重復電位值的電極，用它的電位值作為參考基準電位，可測量其他電極的電位值。3.3輔助電極auxiliaryelectrode為了使工作電極通電所用的另一電極。3.4金屬探針metalprobe金屬探針的材料成分通常是導電金屬，尺寸通常為10μm-500μm之間，可獲得具有空間分辨的金屬電位的探針。3.5功函數(shù)workfunction功函數(shù)是指把一個電子從金屬表面激發(fā)到自由狀態(tài)所需要的能量，即電子的費米能級與真空能級的差，單位為eV或J。4概述掃描電化學顯微鏡是一種多功能微區(qū)電化學分析系統(tǒng)，可以在相距一定距離的金屬探針與工作電極之間通過系統(tǒng)回路實現(xiàn)連接，調節(jié)一個外加的前級電壓可以測量出工作電極表面和掃描探針的參比針尖之間的功函差，控制金屬探針掃描工作電極測量區(qū)域，最終得到工作電極微區(qū)功函數(shù)分布結果。掃描電化學顯微鏡依據(jù)不同的方法,可以檢測微區(qū)電流、電位、阻抗等信號參數(shù)的變化。其分析方法有多種,常用的分析方法有:掃描開爾文探針系統(tǒng)、掃描電化學顯微鏡系統(tǒng)、微區(qū)電化學阻抗系統(tǒng)、掃描振動電極測量系統(tǒng)等。儀器通常主要由XYZ定位系統(tǒng)、金屬探針、壓電單元、靜電計、鎖相放大器、高精度攝像頭和系統(tǒng)控制器以及恒電位儀、恒電流儀和三電極系統(tǒng)等部分組成，掃描電化學顯微鏡示意圖如圖1所示。圖1掃描電化學顯微鏡示意圖1—XYZ定位系統(tǒng)；2—壓電單元；3—靜電計；4—金屬探針；5—標準樣品（工作電極）；6—系統(tǒng)控制器；7—鎖相放大器。5計量特性5.1掃描電化學顯微鏡計量特性5.1.1電位示值誤差和電流示值誤差掃描電化學顯微鏡電位示值誤差和電流示值誤差見表1。表1掃描電化學顯微鏡電位示值誤差和電流示值誤差校準項目技術指標電位示值誤差±0.02V電流示值誤差±5X10-9A注：以上技術指標不用于合格性判別，僅供參考。5.1.2測長示值誤差掃描電化學顯微鏡測長示值誤差見表2。表2掃描電化學顯微鏡測長示值誤差校準項目技術指標測長示值誤差不超過±10%注：以上技術指標不用于合格性判別，僅供參考。6校準條件6.1環(huán)境條件6.1.1溫度：環(huán)境溫度（20±5）℃。6.1.2濕度：相對濕度不大于65%。6.1.3供電電源：電壓(220±22)V，頻率(50±1)Hz。6.1.4附近無影響掃描電化學顯微鏡正常工作的電磁場及機械振動。6.1.5掃描電化學顯微鏡接地良好。6.1.6使用的標準樣板應與被測儀器放在一起等溫不少于0.5h。6.2測量標準校準用測量標準見表3。表3測量標準設備名稱技術指標校準項目數(shù)字萬用表至少4位半，測量直流電位范圍（0~10）V，直流電位相對擴展不確定度U優(yōu)于0.01%(k=2)電位示值誤差標準電阻1000kΩ，準確度優(yōu)于0.1級電流示值誤差二維柵格等間距柵格標準樣板，包含5個以上周期，10μm，U95=0.4μm(k=2.03)測長示值誤差7校準項目和校準方法7.1電位示值誤差按圖2接好線路，選擇恒電位模式，然后依次將電位設置為0.1V、0.2V、0.5V、1.0V、2.0V，使用萬用表采集數(shù)據(jù)，每個電位重復測定6次，按公式(1)計算各個電位的示值誤差。Dj=j-`js(1)式中:Dj——電位示值誤差，V；φ——恒電位儀電位設定值，V；`js——6次萬用表測定電位的平均值，V。圖2電位示值誤差校準線路連接示意圖1—恒電位儀；2—參比電極線；3—輔助電極線；4—工作電極線；5—標準電阻；6—萬用表。7.2電流示值誤差按圖3接好線路，選擇恒電位模式，然后依次將電位設置為0.1V、0.2V、0.5V、1.0V、2.0V，記錄每個輸出電位下2min內(nèi)6次電流值。按公式(2)計算各個電流示值誤差。DI=`I-(j-Dj)/R(2)式中：DI——電流示值誤差，A；`I——恒電位儀測量的6個電流值的平均值，A；j——電位值，V；Δφ——該電位的示值誤差，V，按7.1計算得到；R——標準電阻的阻值，Ω。圖3電流示值誤差校準線路連接示意圖1—恒電位儀；2—參比電極線；3—輔助電極線；4—工作電極線；5—標準電阻。7.3測長示值誤差將標準樣品安裝到樣品臺上，用萬向水平儀將標準樣品調平，選擇掃描開爾文探針模式，按圖4接好線路，采用步進掃描的方式。先進行樣品表面形貌掃描，設置掃描范圍包含標準樣品圖像上M（M≥5）個柵格結構測量線條間距L（見圖5），掃描步長不大于探針尖端的直徑。將形貌掃描參數(shù)導入探針測試中，按照形貌掃描的參數(shù)重新掃描標準樣品的X方向同一區(qū)域，連續(xù)測量3次，取平均值，并記錄數(shù)據(jù)。轉換掃描Y方向重復以上步驟，連續(xù)測量3次，取平均值，并記錄數(shù)據(jù)。按公式(3)計算測長示值誤差。DL=Li-Ls(3)式中：DL——測長示值誤差，μm；Li——測量標準樣品的測量值μm，；Ls——標準樣品的校準值，μm。圖4測長示值誤差校準線路連線示意圖1—XYZ定位系統(tǒng)；2—壓電單元；3—靜電計；4—金屬探針；5—標準樣品（工作電極）；6—系統(tǒng)控制器；7—鎖相放大器。圖5測長示值誤差校準示意圖8校準結果表達經(jīng)校準的掃描電化學顯微鏡出具校準證書，校準證書至少應包括以下信息：a）標題：“校準證書”；b）實驗室的名稱和地址；c）實施校準活動的地點，包括客戶設施、實驗室固定設施以外的地點；d）證書的唯一性標識（如編號），每頁及總頁數(shù)的標識；e）客戶的名稱和聯(lián)絡信息；f）被校對象的描述和明確標識；g）進行校準活動的日期，如果與校準結果的有效性和應用有關時，應說明被校對象的接收日期和證書發(fā)布日期；h）對校準所依據(jù)的技術規(guī)范的標識，包括名稱及代號；i）本次校準所用的測量標準和溯源性及有效性說明；j）校準環(huán)境的描述；k）校準結果及其測量不確定度的說明（給出整個測量范圍校準結果測量不確定度的最大值）；l）校準證書簽發(fā)人的簽名、職務或等效標識，以及簽發(fā)日期；m）校準人和核驗人簽名；n）校準結果僅對被校對象有效的聲明；o）未經(jīng)校準實驗室書面批準，不得部分復制校準證書的聲明。校準原始記錄參考格式見附錄A，校準證書參考格式見附錄B。9復校時間間隔復校時間間隔的長短取決于其使用情況，使用單位可根據(jù)實際使用情況自主決定復校的時間，建議復校時間間隔為1年。

附錄A表1掃描電化學顯微鏡校準記錄參考格式證書編號：接收日期：校準日期：發(fā)布日期：委托單位：校準依據(jù)：被校設備信息器具名稱出廠編號型號/規(guī)格設備編號制造廠環(huán)境條件℃%RH校準地點測量標準信息名稱型號證書編號編號準確度等級/最大允許誤差/不確定度有效期校準結果1外觀檢查：2電位示值誤差/V電位設定值電位測量值測量平均值示值誤差不確定度U（k=2）0.10.20.51.02.03電流示值誤差電位設定值電流計算值（X10-6A）測量值（X10-6A）平均值（X10-6A）示值誤差（X10-6A）不確定度U（k=2）（nA）0.10.20.51.02.04測長示值誤差/μm校準方向標準值實測值平均值示值誤差不確定度U（k=2）XY校準人：核驗人：附錄B表1掃描電化學顯微鏡校準證書內(nèi)頁參考格式證書編號:校準結果1外觀檢查：2電位示值誤差/V電位設定值測量平均值示值誤差不確定度U（k=2）3電流示值誤差電流計算值（X10-6A）電流平均值（X10-6A）示值誤差（X10-6A）不確定度U（k=2）（nA）4測長示值誤差/μm校準方向標準值實測值示值誤差不確定度U（k=2）備注：

附錄C掃描電化學顯微鏡電位和電流示值誤差的測量不確定度評定示例C.1概述C.1.1評定依據(jù)本規(guī)范。C.1.2環(huán)境條件溫度：(15~30)℃，相對濕度：≤80%RH。C.1.3測量標準數(shù)字多用表DA23S-AA102859，直流電壓100mV~10V，U=0.0006mV~0.00004V，k=2。標準電阻DA24S-BJ100011，電阻1MΩ，U=0.0006MΩ，k=2。C.1.4被測對象掃描電化學顯微鏡C.1.5測量方法接好線路，選擇恒電位模式，然后將電位設置為0.1V，使用萬用表采集數(shù)據(jù)，每個電位重復測定6次，計算電位的示值誤差。接好線路，選擇恒電位模式，然后將電位設置為0.1V，記錄每個輸出電位下2min內(nèi)6次電流值。計算電流示值誤差。C.2測量模型C.2.1掃描電化學顯微鏡電位示值誤差測量模型Δφ=φ-φs（C.1）式中：Δφ—電位示值誤差，V；φ—掃描電化學顯微鏡電位設定值，V；φs—6次萬用表測定電位的平均值，V。根據(jù)不確定度傳播定律，電位測量的靈敏系數(shù)絕對值均為1。C.2.2掃描電化學顯微鏡電流示值誤差測量模型（C.2）式中：ΔI—電流示值誤差，A；—掃描電化學顯微鏡測量的6個電流值的平均值，A；φ—電位值，V；Δφ—該電位的示值誤差，V；R—標準電阻的阻值，Ω。C.3測量不確定度的來源C.3.1掃描電化學顯微鏡電位示值誤差不確定度來源（1）電位測量重復性引入的不確定度u1；（2）萬用表引入的不確定度u2。C.3.2掃描電化學顯微鏡電流示值誤差不確定度來源（1）電流測量重復性引入的不確定度u1；（2）電位測量示值誤差不確定度u2；（3）電阻引入的不確定度u3。C.4測量不確定評定C.4.1掃描電化學顯微鏡電位示值誤差不確定度萬用表引入的不確定度u1與電位測量重復性引入的不確定度u2之間不相關，因此合成標準不確定度為：uc(Δφ)=uc()=u12+u2（1）測量重復性引入的標準不確定度u1，用A類方法評定使用掃描電化學顯微鏡，用數(shù)字多用表測量0.1V電位6次，測得的實驗數(shù)據(jù)φs的測量列為：表C.10.1V電位下電位測量列電位測量值（V）0.10.09980.09990.09990.09990.0999由測量重復性引入的標準不確定度分量：u1=1.7*10-5V（2）萬用表引入的標準不確定度u2萬用表引入的標準不確定度u2，可以根據(jù)萬用表校準證書得到，萬用表0.1V電壓，U=0.0012mV，k=2。u2=6*10-7V（3）標準不確定度合成uc(Δφ)=1.7*10-5V（4）擴展不確定度取k=2，則掃描電化學顯微鏡測量0.1V時，電位示值誤差的擴展不確定度為：U(Δφ)≈0.0001VC.4.2掃描電化學顯微鏡電流示值誤差不確定度掃描電化學顯微鏡電流測量重復性引入的不確定度u1，電位測量示值誤差不確定度u2（u(Δφ)）與標準電阻引入的不確定度u3（u(R)）之間不相關，所以標準不確定度可按下式計算得到：（C.4）（1）測量重復性引入的標準不確定度u1，用A類方法評定使用掃描電化學顯微鏡，用數(shù)字多用表和標準電阻在0.1V電位下測量電流6次，測得的實驗數(shù)據(jù)I的測量列為：表C.20.1V電位下電流測量列電流測量值（μA）0.10.09980.09990.09990.09990.0999u1=1.7*10-11A（2）電位測量示值誤差不確定度u2u2=1.7*10-5V（3）標準電阻引入的不確定度u3標準電阻引入的標準不確定度u3，可以根據(jù)證書得到，標準電阻1MΩ，U=0.0006MΩ，k=2。u3=300Ω（4）標準不確定度合成uc(ΔI)=3.8*10-11A（5）擴展不確定度取k=2，則電化學工作站測量0.1μA時，電流示值誤差的擴展不確定度為：U(ΔI)≈1.0*10-10A

附錄D掃描電化學顯微鏡測長示值誤差的測量不確定度評定示例D.1概述D.1.1評定依據(jù)本規(guī)范。D.1.2測量標準10μm二維柵格，U95=0.4μm，k=2.03。D.1.3被測對象掃描電化學顯微鏡D.1.4測量方法將標準樣品安裝好、調平，選擇掃描開爾文探針模式，接好線路，采用步進掃描的方式，在標準樣品圖像X方向上測量M（M≥5）個柵格結構測量線條間距L，取10個值，重復測量3次，計算測長示值誤差。D.2測量模型根據(jù)測量方法，用標準樣板對掃描電化學顯微鏡進行校準時，測量結果可表示為DL=Li-Ls