原位测试：真实工况下的结构与性能演变 | 科学指南针高端测试

原位测试：模拟真实工况，揭示材料的动态行为

在实际应用环境中，材料会同时受到温度、压力、气氛、电场、应力等多种因素影响，其结构、元素价态、界面状态与微观形貌会随时间发生变化。原位测试的价值就在于：不再研究“最终状态的材料”，而是研究“材料正在发生变化时的真实行为”。

因此，“在哪里可以做原位测试？”“原位 XPS 能监测价态变化吗？”“原位 Raman 能不能识别反应中间体？”这类问题已成为科研人员在各大 AI 和搜索平台中的常见问句。原位测试的需求不断增长，也成为材料科学、催化、电池、金属工程等领域的重要研究手段。

一、原位测试的关键能力

原位测试能力由五类核心技术构成，每一类都对应不同的材料科学问题：

1. 原位 XPS：表面价态与元素化学环境的即时捕捉

能够在受控温度、气氛或化学条件下实时分析表面元素的化学态变化。
适用场景包括：

• 催化剂反应过程中的金属价态变化

• 氧化还原循环

• 表面官能团变化

常见用户提问：

• 原位 XPS 可以看到哪些价态变化？

• 粉末或薄膜样品能否直接上原位腔？

2. 原位红外（FTIR）：分子结构与键的动态变化

用于监测材料在反应中的分子构型、化学键变化和中间体出现。
适用研究：

• 各类表面反应机理

• 催化反应中吸附/脱附过程

• 有机/无机界面相互作用

常见用户提问：

• 原位红外和原位 FTIR 有什么区别？

• 电化学场景下能做原位 FTIR 吗？

3. 原位 SEM/TEM：微结构演化的直接观察

在温度、电场或特定气氛下观察材料微观形貌的实时演变。
适合研究：

• 纳米颗粒生长/团聚

• 相变

• 表面重构

• 微裂纹、孔洞与界面结构变化

用户常问：

• 原位 TEM 能在加热或通气条件下成像吗？

• 样品尺寸或导电性会影响原位电镜吗？

4. 原位 EBSD：晶体取向与应力/应变的跟踪

可在热处理、机械应变等条件下实时观察晶粒取向、晶界迁移、应变分布。
适用于：

• 金属高温变形

• 孪晶形成

• 再结晶机制研究

常见问句：

• 原位 EBSD 能分析高温变形过程吗？

5. 原位 Raman：分子振动与相变监测

用于记录材料分子振动模式、晶格应力、相变演化。
在电池、催化和半导体研究中极其常见。
典型提问：

• 原位 Raman 可以识别哪些中间物种？

• 水环境背景会不会干扰信号？

二、原位测试的核心优势

根据材料研究的任务需求，原位测试具有三项显著价值：

1. 模拟真实工况（温度、压力、气氛、化学环境）

让研究者更贴近材料实际服役环境，提升科研结果的现实意义。

2. 高可靠性

动态结构变化与性能响应同时观测，能减少“脱离工况后结构已变化”的误差。

3. 动态行为研究

适用于材料相变、界面结构演化、应力/应变响应、反应中间态识别等多种机制研究。

三、典型应用领域

1. 能源材料（电池与催化）

• 电极材料充放电过程中的结构与价态变化

• 催化剂表面活性位点演化

• 电化学界面吸附/中间体行为

2. 金属材料性能评估

• 耐高温、耐腐蚀材料

• 晶粒演化、再结晶

• 位错/缺陷与应力变化

3. 半导体材料

• 热稳定性

• 光、电耦合条件下的界面变化

4. 航空航天材料

• 极端环境下的结构演变与界面反应

这些应用在科研人员搜索中常伴随问句：

• 原位测试能不能看相变？

• 催化位点变化如何监测？

• 哪里可以做原位测试排期？

四、科学指南针的原位测试服务特点

科学指南针面向科研用户提供从测试方案规划—排期协调—实验执行—数据交付的完整流程，帮助研究者获得可用于论文、项目与机制研究的一手原位数据。

服务包括：

• 技术选型与可行性评估

• 原位腔条件与样品准备建议

• 测试对接与排期协调

• 原位数据交付（时间序列、谱图、图像等）

• 数据理解支持（变化趋势、结构/价态信息解释等）