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应用于材料表征的研究材料表征研究:X射线光电子能谱法

【摘要】:根据激发光源和测量参数的不同,电子能谱法有多种分支。以X射线作为激发源的称为X射线光电子能谱;用紫外光作为激发源致样品光电离而获得的光电子能谱称为紫外光电子能谱;如果用电子束作为激发源,测量发射的俄歇电子的称为俄歇电子能谱。由于X射线光电子能谱对样品的表面损伤轻微,样品处理要求简单、适用性广泛、可获取丰富的化学信息等特点在材料科学领域中有着广泛的应用。

电子能谱分析法是采用单色光源(如X射线紫外光)或电子束照射样品表面,使样品中的原子或分子受到激发而发射电子,通过测量这些电子的能量分布,获得物质的结构组成等有关信息的一类分析方法。电子能谱分析法在研究高分子材料的结构组成、表面性能、粘接和改性等方面具有重要的应用。根据激发光源和测量参数的不同,电子能谱法有多种分支。以X射线作为激发源的称为X射线光电子能谱(XPS);用紫外光作为激发源致样品光电离而获得的光电子能谱称为紫外光电子能谱(UPS);如果用电子束(或X射线)作为激发源,测量发射的俄歇电子的称为俄歇电子能谱(AHS)。对于化学分析来说,以XPS使用最为广泛。由于X射线光电子能谱对样品的表面损伤轻微,样品处理要求简单、适用性广泛、可获取丰富的化学信息等特点在材料科学领域中有着广泛的应用。利用这种方法可以进行除氢和氦以外的所有元素的定性、定量和化学状态分析。

XPS具有以下优点:①从能量范围看,如果把红外光谱提供的信息称之为“分子指纹”,那么电子能谱提供的信息可称作“原子指纹”,它提供有关化学键方面的信息,即直接测量价层电子及内层电子轨道能级,相邻元素的同种能级的谱线相隔较远,相互干扰少,因此元素定性的标识性强;②XPS可以分析除H和He以外的所有元素:可以直接测定来自样品单个能级光电发射电子的能量分布,且可以直接得到电子能级结构的信息;③分析样品深度约2nm,分析所需试样约10―8g,是一种高灵敏超微量无损表面分析技术。