通过截面SEM-阴极发光关联显微镜映射ZrO2中的光学、化学和结构特征
材料科学
2026-01-28 v1
摘要
理解纳米尺度异质性如何影响氧化物中的电荷传输和质量传递，对于开发用于能源和电子领域的先进材料至关重要。在高温应用中，具有复杂化学和结构特征的热氧化物的形成对材料寿命起着核心作用。虽然锆合金上热生长的氧化锆（ZrO2）在氧化物厚度上表现出强烈的化学和微观结构梯度，但将这些异质性与电子缺陷景观联系起来仍然具有挑战性。我们展示了截面扫描电子显微镜-阴极发光（SEM-CL）作为探测氧化锆中发光空间变化的中尺度探针，并建立了其与同一区域共配准的电子背散射衍射（EBSD）和电子探针显微分析（EPMA）之间的相关性。SEM-CL信号主要由约2.7 eV的缺陷带主导，但其强度在氧化物截面上变化很大。关联的EBSD-CL分析表明，CL强度随晶粒面积增加而增加，在晶界处降低，这与微观结构无序相关的增强的非辐射复合一致。EPMA映射显示，相当一部分CL暗特征与富含铁的二次相析出物共定位。这些结果表明，腐蚀生长的ZrO2中的SEM-CL对比度受化学异质性和微观结构无序的共同控制，强调了进行关联配准以解释CL图像的必要性。这种多模态方法提供了一条有效的途径，将复杂氧化物截面上的电子性质和发光特征与潜在的化学和微观结构联系起来，从而提供了一种将局部缺陷景观与可能在氧化过程中偏向电子/离子传输的区域关联起来的方法。
引用
@article{arxiv.2601.19428,
title = {Mapping optical, chemical, structural features in ZrO2 via cross-sectional SEM-Cathodoluminescence correlation microscopy},
author = {Ricardo Vidrio and Yuhan Tong and Junliang Liu and Bil Schneider and William O. Nachlas and Nathan Curtis and Maryam Zahedian and Alexander Kvit and Hongliang Zhang and Zefeng Yu and Ximeng Wang and Yongfeng Zhang and Adrien Couet and Jennifer T. Choy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.19428},
year = {2026}
}