Proximity Histogram,Proxigram
Atomic scale local chemical environment analysis.
诺法小课堂
邻近成分直方图(Proximity Histogram,Proxigram)是三维原子探针中用于分析相界面附近元素成分变化的重要方法。它以三维重构数据中的特定界面或等浓度面为参考,将原子按照其与界面的距离重新进行统计,从而获得不同元素浓度随界面距离变化的关系。
The proximity histogram (proxigram) is a key method in APT for analyzing compositional changes near phase interfaces. Taking a specific interface or isoconcentration surface in the 3D reconstruction as a reference, it re-bins atoms by their distance from the interface, yielding the variation in elemental concentration with distance from the interface.
简单来说,APT首先通过三维原子重构获得材料内部每个检测离子的元素种类与空间位置,再利用等浓度面等方法确定目标相的边界。随后,以该界面为零点,计算界面两侧原子到界面的距离,并将处于不同距离范围内的原子进行分类统计,最终得到元素浓度—界面距离的变化曲线,即 Proxigram。
In simple words, first of all APT obtains the elemental species and spatial position of each detected ion inside the material through reconstruction process. And then determines the boundary of the target phase using methods such as isoconcentration surfaces. Subsequently, taking this interface as the zero point, the distances from atoms on both sides to the interface are calculated. Atoms within different distance ranges are classified and counted. A curve of elemental concentration versus distance from the interface is observed ultimately, namely the proxigram.
这种分析方法的重要意义在于,它能够将原本复杂的三维原子分布转化为一维定量成分剖面。通过 Proxigram,可以直观观察元素在基体与析出相之间的分配行为,以及界面附近是否存在明显的元素富集、贫化或化学梯度。例如,在镍基高温合金中,可以进一步分析 Ni、Al、Ti、Cr、Co、W 等元素从基体进入 γ′ 相时的浓度变化,从而定量评价不同元素的相间分配特征。
Proxigram 是 APT 数据分析中具有代表性的独特能力之一。传统 EDS、EPMA 等技术同样可以获得局部化学成分,但通常难以在纳米尺度上建立如此精细的三维界面—元素浓度关系。APT 将原子级三维空间坐标与元素身份结合,使研究者能够围绕特定纳米尺度界面进行统计分析,将“哪里有界面”进一步转化为“界面两侧分别有什么、含量如何变化、元素如何分配”。
对于复杂合金、纳米析出相及多相材料,Proxigram尤其适用于研究析出相/基体界面、团簇边界、元素偏聚及相间元素分配。诺法材料可结合三维原子重构、等浓度面建立及成分定量分析,对 APT 数据进行 Proxigram 分析,从原子尺度进一步解析材料内部的界面化学特征。