XPS在材料研究中的應用

《XPS在材料研究中的應用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、XPS在材料研究中的應用摘要本文總結了X射線光電子能譜(XPS)的分析原理、研究進展,并介紹了兒種XPS在材料研究中的應用分析實例。關鍵詞XPS,材料，分析1前言XPS的起源最早可追溯到人們對光電子的研究。1954年,以瑞典Uppsala大學k.Siegbahn教授為首的研究中心首次準確測定光電了的動能，不久觀測到了元素的化學位移。由于XPS能夠根據(jù)元素的化學位移分析出材料的化學狀態(tài)，曾被命名為化學分析用電子能譜，即ESCA(ElectronSpectroscopyforChemicalAnalysis)o20世紀70年代末，XPS開始涉足有機物、高分子材料及木質(zhì)材料領域，

2、80年代末，XPS的靈敏度及分辨率有了顯著提高，現(xiàn)代XPS正在向著單色、小而積、成像三方向發(fā)展。XPS以其靈敏度高、破壞性小、制樣簡單的優(yōu)點及定性強、能夠分析材料表面元素組成及元素化學價態(tài)的特點而成為木質(zhì)材料研究領域中一項重要分析手段。XPS基木原理是利用X射線輻照樣品，在樣品表面發(fā)生光電效應，產(chǎn)生光電了，如圖1。通過對出射光電了能量分布分析，得到電了結合能的分布信息，進而實現(xiàn)對表面元素組成及價態(tài)分析。XPS采樣深度與光電子的能量和材料性質(zhì)有關，在深度為光電子的平均自由程九的3倍處，達到最佳，對金屬約為0.5?2nm；無機物1?3nm；有機物1?10nm。運用XPS可對木質(zhì)

3、材料進行定性及定量分析。圖1X射線光電子能譜的光電效應原理圖電子能敏分Fits

4、線光電子能譜對Ni、Mn的價態(tài)進行分析。結果表明，在Pr2NiMnO6o中，Ni、Mn主要以2價、4價的形式存在。使用的儀器是ESCALAB250型光電子能譜儀（美國ThermoFisher公司）。測試條件：使用單色化的AlKot射線（X射線束斑為500

5、ini）作為激發(fā)源，分析室的真空度優(yōu)于W9Pa,全譜掃描通能為100eV,掃描步長為leV；窄譜掃描通能為30eV,其中Ni2p3/2：掃描步長為O.leV,Mn3s掃描步長為0.05eVoO2004006008001OOC)?200Bindingenergy/eV圖3Pr2NiMnO6的XPS圖譜圖3為所制備P“NiMn

6、Oo樣品的XPS全掃描譜。從圖屮可以看出Pr3d、O1SXPS峰較強，Ni2p、Mn3sXPS峰較弱。C1SXPS峰的出現(xiàn)表明樣品表面存在吸附碳。木文主要關注Ni和Mn的價態(tài)，在鈣鈦礦體系中Pi?是三價的，所以變價的只可能是Ni和Mn,通過對Ni2pXPS譜進行精細研究可得到Ni的價態(tài)。由于光電子峰Mn2p會受到NiLM45M45;俄歇峰一定的干擾，對Mn3sXPS譜進行精細掃描分析以求得到較為準確的Mn的價態(tài)。圖4為Ni的2p,佗芯電子XPS譜圖，圖中兩峰分別為結合能在854—855eV的Ni2p耽光電子主峰和861eV附近的Ni2p拋衛(wèi)星峰。首先對Ni2p3/2光電子主

7、峰進行單峰擬合，擬合曲線和測量曲線間出現(xiàn)較大的偏差，表明Ni以混合價態(tài)的形式存在于Pr2NiMnOo屮（見圖4A）。在單斜結構的雙鈣鈦礦屮所冇的Ni均位于NiO。八面體屮心，其化學環(huán)境相同，Ni化合價的升高（降低）會導致結合能的變大（變?。?。文獻報道的NiO和Ni2O3,'pNi的2p電子結合能數(shù)據(jù)分別為854.5eV和855.8eV,以此數(shù)據(jù)為基礎對Ni2p3/2的光電了峰進行分峰擬合以求得Ni2+/Ni3+的相對含量。擬合過程中，考慮到化學環(huán)境的改變會導致Pr2NiMnO6中Ni結合能的變化，在保持兩個子峰半高寬相等的條件下，改變調(diào)試Ni2NP+的結合能數(shù)據(jù)進行多次擬

8、合直至擬合曲線與測量曲線冇較好的符合（見圖4B）。結果表明Ni離子以2價為主，占74.1%。3?(0Mpasurw]spectrum—FittingspectTum■Fittingpeaks^788082848688909294Bindingenrrgy/^V圖5Pr2NiMnO6中Mn3s的XPS譜及擬合結果通過分析Mn3s光電子譜來判斷鈣鈦礦屮Mn的價態(tài)已有研究報道。由于Mn3s和Mn3d電了的交換作用，Mn3s光電了峰會發(fā)生劈裂，其劈裂程度和Mn的價態(tài)有關，Mn3+3s劈裂峰能量并為5?5eV,而Mn"的劈裂