Рентгенова фотоелектронна спектроскопия за характеризиране на материала

Основният физически процес на облъчване на материал с фотони с известна енергия и измерване на изхвърлените фотоелектрони остава непроменен повече от шест десетилетия, откакто за първи път е бил комерсиализиран. Рентгеновата фотоелектронна спектроскопия (XPS), наричана още електронна спектроскопия за химичен анализ (ESCA), е ценен инструмент за характеризиране на повърхността на материалите. Възможностите и производителността на съвременния спектрометър обаче са се променили до неузнаваемост спрямо тези ранни инструменти.

Фигура 1: Схематична диаграма на често използвани фотонни източници, взаимодействащи с алуминиеви електронни “черупки” за генериране на фотоелектрони. Кредит: Kratos Analytical

Най-новото поколение спектрометри са напълно автоматизирани, което позволява дистанционно управление. Спектри могат да бъдат придобити само за няколко минути. Изображенията на химическото състояние се получават с микронна пространствена разделителна способност върху зрително поле от няколкостотин микрона. А новоразработените клъстерни йонни източници позволяват профилиране на дълбочината на разпръскване чрез микрони полимерен материал със задържане на химията. И това са само някои от атрибутите, които демонстрират стойността на XPS за характеризиране на материала.

XPS е зряла и широко използвана техника за изследване на повърхностната химия на материал. Инструментите се използват в академични и индустриални изследователски лаборатории. Потребителят на AXIS Supra д-р Джош Липтън-Дъфин от QUT, Бризбейн обяснява, че „От механична гледна точка, повърхностите са мястото, където се случва действието – начинът, по който материалите си взаимодействат, е чрез техните повърхности. Всички области на химията, катализата, епитаксията и дори биологията до известна степен са по своята същност повърхностно ориентирани. Важно е да имате инструменти за изследване на повърхности, защото физиката е просто различна на повърхността, отколкото в по-голямата част от материала. Всеки разбира, че съотношението на площта към обема се увеличава с намаляването на размерите и, като цяло, тенденцията към миниатюризация означава, че повърхностите и интерфейсите са по-важни от всякога.

Важно е да разберете произхода на повърхностната чувствителност на XPS. Използваните рентгенови лъчи са относително “меки” и могат да възбуждат само фотоелектрони, чиято енергия на свързване в тяхната електронна обвивка е по-ниска от енергията на фотоните Калифорния. 1500 eV. Тези фотоелектрони с ниска енергия не могат да пътуват много далеч през материала, преди да загубят енергия или да бъдат разпръснати и неоткрити. За конвенционална лаборатория. въз основа на XPS, информационната дълбочина на техниката е широко приета като 10 nm. Както изтъква д-р Андреас Холандер, старши изследовател в Института за приложни полимерни изследвания Fraunhofer, „Някои важни свойства на материалите като поведение при намокряне, адхезия на лепила, мастила, бои, както и че бактериите и вирусите се определят от най-външния атомен атом. слоеве на повърхността”. Това е разработено от Мартин Моос, специалист по разработване на продукти в 3M, Германия, който обяснява: „Начинът, по който материалите взаимодействат помежду си, е чрез техните повърхности и интерфейси и следователно този режим на вземане на проби е от решаващо значение за тяхното представяне в дадена среда. Лепилата са практичен пример. Те могат да бъдат толкова здрави, че да могат да поддържат структурен панел през целия живот на сградата или толкова меки, че да могат да бъдат приложени върху човешка кожа за осигуряване на тръби. Нанасянето на лепило върху неправилно подготвена или замърсена повърхност ще доведе до нарушена връзка и в крайна сметка до разрушаване на връзката. Това е често срещан пример, когато анализът на повърхността влиза в действие.

Възможността за изследване на страничното разпределение на елементарни и химични състояния върху повърхността се осигурява от модерни XPS инструменти за изображения. Определянето на нехомогенността на повърхностната химия може да бъде жизненоважно за разбирането на функционалността на материал или продукт. Използва се XPS изображение за характеризиране на корозионни ями, определяне на наличните химични състояния, позволяващи предложен път на реакция. Д-р Марк Бизинджър обяснява, че инструментите Kratos XPS на Surface Science Western в Университета на Западно Онтарио са „силно ангажирани в изследването на стоманените контейнери с медно покритие, които ще бъдат използвани за съхраняване на отпадъци от ядрено гориво в дълбокото геоложко хранилище за следващите милиони години “. или. Голяма част от работата, която съм извършил, характеризирайки медта и други видове преходни метали чрез XPS, е мотивирана от това изследване и други изследвания в областта на ядрената енергия.

Рентгенова фотоелектронна спектроскопия за характеризиране на материала

Кредит на изображението: Kratos Analytical

Както нашите потребители посочиха, стойността на XPS за предоставяне на количествена химическа информация от повърхността на даден материал е ясна. Независимо дали увеличава обема на публикациите за академичните потребители или подобрява качеството на продукта за индустриалните потребители, XPS инструментите са безценен инструмент за лаборатория за характеризиране на материали.

.

Add Comment