氢氧化锌粉末样品分散后异常“覆膜”形貌分析案例

--基于SEM、EDS与FTIR的多维联用判定

针对某客户送检的氢氧化锌粉体样品，我司采用场发射扫描电镜（SEM）+ 能谱分析（EDS）+ 红外光谱（FTIR）的联合分析路线，对氢氧化锌粉末样品分散制样后表面异常膜层的来源进行了系统排查与综合判定。

一、样品异常现象

样品经无水乙醇超声分散、滴加至硅片、干燥及喷金后进行SEM观察。结果发现，颗粒团聚体表面除常规的颗粒堆积形貌外，还出现了明显的大面积平滑覆盖区，局部边缘伴随翘起、卷曲特征，呈现出类似“覆膜”的异常形貌。（注：图1只展示异常膜层形貌，已将样品形貌做虚化处理。）

图1 SEM 5KX形貌图

从形貌特征看，该区域并不符合普通颗粒自然堆积状态，更接近于表层致密层或薄层覆盖物。尤其是局部卷边现象，说明该异常区域并非基底暴露，而更可能是经历了表层成层—收缩—局部翘起的过程。

二、EDS分析：异常区域并非单纯基底暴露

针对异常膜层区域开展EDS元素定量分析。结果显示，该区域除检测到较强的Si信号外，同时存在明显的Zn、O、C信号，并伴有少量Al。异常膜层区域定量结果如表1所示：

表1 异常膜层区域EDS元素定量分析结果

其中：

（1）异常区域并非单纯裸露的硅基底。若仅为基底暴露，不应同时出现如此明显的Zn与O信号。

（2）该区域也并非纯有机污染膜。若为单纯有机残留，应以C为主，而不应保留显著Zn基组分。

（3）结合Si含量较高这一特点，可以判断该区域更接近于一层较薄的含锌覆盖层，电子束已同时采集到下方硅片基底信号。

也就是说，这一“膜层”本质上更可能是覆盖在硅片表面的薄层状致密沉积物，且其组成与样品本身密切相关。

三、FTIR 分析：碳来源更倾向于表面碳酸化

为进一步判断EDS中异常碳含量的来源，对样品进行了FTIR分析。谱图如图2所示：

图2 样品红外光谱图

谱图中可见以下主要吸收特征：

（1）3699cm⁻¹：金属氢氧化物中的结构羟基O-H伸缩振动，样品主体仍保留明显的氢氧化锌或含羟基锌相特征；

（2）3415cm⁻¹（宽峰）：液态水伸缩振动约3400cm⁻¹，结晶水伸缩振动3630-2950cm⁻¹，说明样品中存在表面吸附水或一定程度受潮后的结合水；

（3）1628cm⁻¹：液态H₂O变角（H-O-H弯曲振动）约1645cm⁻¹，与3415cm⁻¹相互印证样品中存在表面吸附水或一定程度受潮后的结合水；

（4）1482cm⁻¹、1384 cm⁻¹：碳酸根相关吸收特征；

（5）1100cm⁻¹：强吸收峰，结合体系背景，更倾向于碳酸盐/碱式碳酸盐结构相关振动；

（6）950.7 cm⁻¹：结合样品元素组成及其余特征峰，可排除含硫、含氮、含铬等相关基团归属；该峰更可能与锌羟基/碳酸化锌体系中的低波数振动或晶格相关振动有关。

根据样品FTIR光谱分析，在3699cm⁻¹处出现尖锐的吸收峰，对应金属氢氧化物O-H伸缩振动，说明样品中存在Zn-OH结构羟基；3415cm⁻¹宽峰及1628cm⁻¹吸收峰分别对应吸附水/结合水的O-H伸缩振动和H-O-H弯曲振动，表明样品存在明显吸湿或受潮特征。1482cm⁻¹、1384cm⁻¹、1100cm⁻¹ 及950.7cm⁻¹附近的吸收峰共同指向碳酸根相关结构。综合判断，样品中的碳主要以碳酸根形式存在，推测样品已发生一定程度表面碳酸化，可能形成碳酸锌或碱式碳酸锌类相。

四、综合判定：异常膜层的形成机制

结合SEM、EDS与FTIR三项结果，可对该异常膜层形成过程作出如下综合判断：

该样品原始形貌应以氢氧化锌颗粒为主，但在运输或储存过程中，样品表面可能发生了受潮吸水。在潮湿条件下，颗粒表面形成薄液膜或液桥，促使细颗粒及表层物质发生局部迁移、聚并与致密化；与此同时，样品表面进一步与空气中的CO₂接触，发生一定程度的表面碳酸化，形成含锌、含氧、含碳的表层老化产物。

后续在无水乙醇超声分散、滴加至硅片并干燥的过程中，这部分已经老化的细小Zn基组分及含碳表层物质更容易重新迁移、富集并在局部铺展成层。随着溶剂挥发，表层首先形成较致密的覆盖层，而其下方仍为相对疏松的颗粒堆积结构。由于上下层收缩行为不一致，最终导致局部边缘出现翘起、卷曲，在SEM中表现为典型的“覆膜感”异常形貌。

因此，综合分析认为：

该异常膜层更可能来源于样品受潮后发生表面老化与局部碳酸化，并在后续湿法分散和干燥制样过程中进一步迁移铺展形成的薄层状致密覆盖物。

五、案例价值

本案例表明，对于样品表面异常形貌，仅依赖单一形貌观察往往难以准确判断来源。通过SEM观察形貌特征、EDS锁定异常区域元素组成、FTIR识别异常碳来源，能够有效区分：

·是有机污染还是无机碳酸化；

·是简单团聚还是受潮老化后的成层失效。

我司可为客户提供材料形貌异常分析、污染来源判定等多维度技术服务，为工艺排查和质量稳定性控制提供可靠依据。