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XPS在材料中的应用

2022-07-19 17:45:43 0 409

X 射线引发的电离过程

元素组成分析

每种元素都有唯一的一套芯能级，起到了“原子指纹”的作用，因此，可利用高度特征性的结合能对元素组成进行定性分析。对于未知样品而言，首先应进行全谱扫描，初步判断样品表面的元素组成;然后根据全谱扫描确定目标元素的窄区扫描能量范围，对其进行高分辨细扫描，从而获得其准确的结合能位置。

化学态分析

原子的内层电子结合能会随着周围环境的不同(与之结合的元素种类和数量不同或原子具有不同的化学价态等)而在谱图上表现出化学位移，因此，XPS 可通过测定内层电子的化学位移来推知原子的结合状态和电子分布状态等信息。除少数元素外，几乎所有元素都存在化学位移，且同一元素不同化学态的化学位移较明显，从而可对其化学态进行准确鉴定;但也有些元素的化学位移较小，此时可利用俄歇谱线化学位移对该元素的化学状态进行鉴定。此外，大部分元素的单质态、氧化态及还原态之间都有明显的化学位移。

定量分析

XPS 不仅可用于定性分析(元素组成及化学态分析)，通过测量光电子峰的强度还可以对元素进行定量分析。这是由于其峰强度与元素含量之间具有一定的相关性。

深度剖析

进行深度剖析了解样品表面层到体相的组成分布信息是表面分析中的重要研究课题。通过氩离子枪溅射、机械切削及改变掠射角等方式可以实现 XPS 的深度剖析，从而对一定深度范围内的薄层剖面进行元素组成和化学态分析。

成像分析

随着科学技术的发展，XPS 成像技术取得了重要进展．当材料表面组成不均匀时，可通过 XPS 成像技术表征其组成分布情况。它不仅可以进行化学元素成像，还能对同种元素的不同化学态进行成像分析。

角分辨 XPS 测量超薄膜样品

光电子从样品表面逸出的深度与该电子的动能有关，当样品表面垂直于分析器，电子的逃逸深度为d，改变样品表面与分析器入射缝之间的角度(如图 4所示)，也就是改变了样品的检测深度，使得检测深度变浅，这样来自最表层的光电子信号相对较深层就会大大增强。利用这一特性，可以有效地对超薄样品膜表面的化学信息进行检测，研究超薄样品化学成分的。

角分辨 XPS 测试示意

文献：[1]陈满堂, 王楠, 朱丽华. X射线光电子能谱在环境催化研究中的应用[J]. 环境化学, 2017, 36(10):7.

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