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原理
XPS的工作原理主要基于光电离作用。当一束光子辐照到样品表面时,光子可以被样品中某一元素的原子轨道上的电子所吸收,使得该电子脱离原子核的束缚,以一定的动能从原子内部发射出来,变成自由的光电子。在光电离的过程中,结合能可以用下面的方程表示:
Eb=hv-Ek
式中:Eb:特定原子轨道上的结合能
Hv:X射线光电子能量
Ek:出射的光电子的动能
由于光电子的能量较弱,样品表面超过10nm深度的光电子基本无法逃逸出来,因此XPS的分析范围为样品浅表面10nm深度以内。在光电离过程中,出射光电子的能量仅与入射光子的能量及原子轨道结合能有关,对于特定的单色激发源和特定的原子轨道,其光电子的能量是特征的,因此可以根据光电子的结合能定性分析样品中元素的种类。由于原子轨道上的电子在不同的化学环境中是不一样的,存在一些微小的差异,这种差异就是元素的化学位移,利用这种化学位移可以分析元素在该样品中的化学价态和存在形式。
仪器配置
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X射线束斑直径:10 ~ 200 μm;
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定性定量分析:表层(<10nm)元素组成及价态,探出限0.1 at%;
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微区精确定位:10 ~ 1400 μm;
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能量分辨率:XPS:0.10 eV;UPS:110m eV ;IPES:<0.45 eV;
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辅助装置:Ar离子枪、 GCIB 团簇枪、双束中和、冷热样品台、气体反应器、真空转移装置;
仪器功能
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表面灵敏度:主要获得表面深度10 nm以内的成分信息;
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全谱扫描:表面纳米级厚度元素成分表征 ( Li~U);
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窄谱(精细谱)扫描: 每种元素存在的化学态信息表征;
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定量分析:元素以及化学态的百分含量 (探出限:原子百分比0.1%);
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线和面扫描:各元素/化学态在线或面表面的分布;
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深度剖析:不同成分的深度分布信息,从而表征表面的钝化程度,掺杂深度,吸附或扩散深度,薄膜结构等;
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价带谱,功函数分析(UPS),导带谱(IPES);
样品要求
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无磁性,无放射性,无毒性,无挥发性物质;
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样品要充分干燥;
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固体薄膜或块状固体样品切割成面积大小为5mm ╳ 8mm, 厚度小于6mm;
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粉末样品最好压片(直径小于8mm),且不少于0.1g;
典型案例
元素组成及价态分析
微区分析
深度剖析
变温价态分析
UPS和反光电子能谱分析
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标题:X射线光电子能谱(XPS)简介 本文网址:
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