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什么是X射线光电子能谱(XPS)?

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发表时间:2019-10-12 09:03作者:武汉铄思百检测技术有限公司来源:铄思百检测

什么是X射线光电子能谱(XPS)?

什么是XPS.jpg

光电子发射

x射线光电子能谱(xps)是一种分析物质表面化学性质的技术。XPS可以测量材料中元素的组成、经验公式、化学和电子状态。利用x射线激发固体表面,同时测量了被分析材料表面发射的电子在XPS1-10nm)范围内的动能,得到了电子的XPS光谱。光电子能谱记录超过一定动能的电子。光电子能谱的峰值是原子中某些特征能电子的发射。光电子能谱峰的能量和强度可用于(氢元素除外)以外所有表面的定性和定量分析。

随着对高性能材料需求的不断增加,表面工程越来越重要。只有了解材料层表面和界面的物理化学相互作用,才能解决与现代材料有关的问题。表面化学性质会影响材料的腐蚀速率、催化活性、附着力、表面润湿性、接触阻隔性和失效机理等方面。

材料的表面是材料与外部环境和其他材料相互作用的位置。因此,在许多应用中,表面改性被用来改变或改善材料的性能。处理后(如断裂、切割或刮削),XPS可用于分析其化学性质。从不粘锅涂层到薄膜电子学和生物活性表面,XPS成为表征表面材料的标准工具。(武汉铄思百检测)


表面表征

什么是XPS1.jpg

表面层定义为三个以上的原子层厚度(~1 nm)。根据不同的材料,表面层的厚度是不同的。认为不超过10纳米的表面层是超薄的薄膜,不超过1微米的表面层是薄膜。然而,名词术语的定义并不明确,表层、super薄膜和薄膜之间的区别因材料和应用的不同而不同。

表面代表了一个相与另一个相之间的不连续性,因此表面的物理和化学性质不同于大块材料。这种差异极大地影响了材料最顶层的原子层。在一种物质中,原子按照一定的规则被四面八方的原子所包围。因为表面原子不是四面八方都被原子包围,所以表面原子比体内原子更活跃,可能会结合。


表面特性

材料的性质和改性随深度或厚度的变化而变化,这对材料的某些性质和改性是非常重要的。表面分析可以深入到每一个领域。(武汉铄思百检测)

表面和表面分析在某些技术领域中很重要,包括:

半导体、微电子学、微电路、超薄膜、线路板软焊、清洁处理、薄膜稳定、

钝化层、润滑、化工、塑料、涂层、催化剂、纤维、金属钢铁工业、氮化、

碳化、腐蚀、焊接、材料老化、晶界分凝、玻璃、涂层、发动机、电子设备、

润滑、腐蚀、氧化、材料老化、失效、合成纤维、粘合剂

什么是XPS2.jpg


光电发射过程

原子或分子吸收X射线光子,电子被激发。光电子动能依赖于光子能()和电子结合((即电子离开表面所需能量))。

xps表面分析所涉及的光发射过程。 The圆盘代表电子,棒代表被分析材料中的能级。控制该过程的 The方程为:ke=hν-be

通过测量发射电子的动能和计算电子的结合能,确定了材料表面附近的元素及其化学状态。结合能与许多因素有关,包括:

发射电子的元素

发射电子的轨道

发射电子原子的化学环境

由于光电子发射截面与原子化学环境无关,XPS是一种定量分析技术。

什么是X射线光电子能谱(XPS)?.jpg


光电子能谱技术

氧化钡的vey光谱显示出各种钡和氧峰以及碳峰。

为了说明xps谱图,在较宽的能量范围内扫描了氧化钡的全谱图。在该光谱中有钡、氧的多峰,表面杂质的碳峰。使用现代xps光谱仪,收集了大约10秒的氧化钡光谱。由于氧化钡是绝缘体,所以在分析过程中,会向样品中引入一束低能电子来控制电荷。谱峰以下有一个清晰的背景,这是由于电子在逃逸前的非弹性散射。这种非弹性散射降低了电子的动能和谱峰的强度。定量分析光谱必须扣除背景之前

聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)旋涂和c1s切片的xps光谱。碳有三种不同的化学状态。插值中给出了pet的结构。

什么是X射线光电子能谱(XPS)?1.jpg什么是X射线光电子能谱(XPS)?2.jpg


化学价态也可以由xps谱确定。本文给出了经两种方法处理的聚对苯二甲酸乙二醇酯的c1s-xps光谱。两个样本的处理方式不同,一个是旋涂,另一个是切片PET。在PET中,碳原子有三种化学状态。这两种处理导致了不同的聚合物结构,并影响了xps谱,使(-OC-)峰略有偏移。 (武汉铄思百检测)

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文章分类: 科研设备
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