ANALIZA POWIERZCHNI BADANIA POWIERZCHNI

Transkrypt

1 Analiza ciała stałego ANALIZA POWIERZCHNI ANALIZA CAŁEJ OBJTOCI CIAŁO STAŁE ANALIZA POWIERZCHNI METODY NISZCZCE METODY NIENISZCZCE Metody niszczce: - przeprowadzenie do roztworu (rozpuszczanie, roztwarzanie lub stapianie) i nastpnie analiza metodami klasycznymi lub instrumentalnymi - homogenizacja (rozdrobnienie) bez koniecznoci zmiany stanu skupienia - np. fluorescencja rentgenowska (cienka tarcza) Metody nieniszczce: - neutronowa analiza aktywacyjna BADANIA POWIERZCHNI Zastosowanie bada powierzchni: Struktura granicy faz i adsorpcja Kataliza Korozja Błony i membrany Warstwy powierzchniowe Smarowanie Powłoki ochronne Wybrane techniki badania powierzchni: Spektroskopia elektronów (UPS, XPS, ESCA) Spektroskopia elektronów Augera (AES) Fluorescencja rentgenowska (XFS) Spektroskopia mas jonów wtórnych (SIMS) Mikroanaliza rentgenowska (EDS, EDX) Mikroskopia sił atomowych (AFM) Spektroskopia w podczerwieni (IRS) Skaningowa mikroskopia tunelowa (STM) Skaningowa mikroskopia elektrochemiczna (SECM) Mikrowaga kwarcowa (QMB) Sondy: Fotonowa (PP) Elektronowa (EP) Jonowa (IP) Czstek obojtnych (NP) Pola elektrycznego (EFP) 1

2 ODDZIAŁYWANIE WIZKI ELEKTRONÓW Z MATERI Skaningowa mikroskopia Augera i spektroskopia elektronów Augera

3 ENERGIE ELEKTRONÓW AUGERA SPEKTROSKOPIA ELEKTRONÓW AUGERA Spektroskopia elektronów Augera jest technik analityczn pozwalajc na elementarn analiz powierzchni (w zakresie nanometrów). Spektroskopia elektronów Augera informacj chemiczn uzyskuje poprzez pomiar energii elektronów emitowanych z tej powierzchni po nawietleniu jej wizk elektronów o energiach w zakresie 50 kev. Niektóre z emitowanych z powierzchni elektronów maj energie charakterystyczne dla pierwiastków z których s emitowane (a take w niektórych przypadkach sił jakimi atom jest zwizany). Spektrum elektronów Augera zanieczyszczonej powierzchni niklu. (a) liczba emitowanych elektronów w funkcji ich energii; (b) zróniczkowana krzywa (a) Zalety: skład pierwiastkowy z warstwy ~ nm pierwiastki od Li (dobra czuło dla lekkich pierwiastków) Profilowanie powierzchni z rozdzielczoci lepsz ni nm Mapowanie powierzchni Ograniczenia próbka musi by przewodzca detekcja ilociowa ograniczona do ~1% atomowego dokładno ok. 10% Mikroanaliza rentgenowska EDX / EDS EDX : Energy Dispersive X-ray Analysis EDS: Energy Dispersive Spectrometry Wizka elektronów o energi 10 kev atakuje powierzchni próbki powodujc emisj charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego. Promieniowanie to pada na detektor krzemowo-litowy (pracujcy w temp. ciekłego azotu). W krysztale krzemu powstaj pod wpływem padajcego promieniowania pary elektron-dziura. Istnieje dobra korelacja pomidzy iloci par elektron-dziura a energi promieniowania rentgenowskiego. Utworzenie jednej pary wymaga energi ok. 3.8 ev. 3

4 Porównanie EDS WDS (wavelenth disspersive spectrometry) Powstanie charakterystycznego promieniowania X (linia K ) Rozdzielczo EDS ~140 ev WDS ~10 ev MIKROSKOP SIŁ ATOMOWYCH AFM waga optyczna 4

5 ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM) Kryształ kwasu salicylowego.5 x.5 nm simultaneous topographic and friction image of highly oriented pyrolytic graphite (HOPG). The bumps represent the topographic atomic corrugation, while the coloring reflects the lateral forces on the tip. The scan direction was right to left. Układ skaningowego mikroskopu elektrochemicznego (SECM) SKANINGOWA MIKROSKOPIA ELEKTROCHEMICZNA SECM 5

6 W przypadku elektrody dyskowej transport dyfuzyjny do jej powierzchni odbywa si zgodnie z modelem jednowymiarowej dyfuzji liniowej: c = D c t x Wraz ze zmniejszaniem rednicy elektrody ronie udział substancji dyfundujcej do jej powierzchni promieniowo. W granicznym przypadku dyfuzja przechodzi w sferycznie symetryczn opisan równaniem: c c c = D + t r r r W konsekwencji prd graniczny (w warunkach bez konwekcji) opisany jest równaniem: 1 1 i L = nfπr DC + 1 ( πdt) / r Pierwszy człon w nawiasie to odwrotnogruboci rozwijanej w czasie t warstwy dyfuzyjnej. Jeeli jest on znacznie wikszy od drugiego członu tj. odwrotnoci promienia elektrody, wówczas równanie przechodzi w równanie Cotrella. W przeciwnym przypadku tj. gdy człon zawierajcy czas jest zaniedbywalnie mały w stosunku do odwrotnoci promienia, równanie upraszcza si do postaci: i = L nf π rdc odpowiadajcej stanowi stacjonarnemu, w którym prd nie zaley od czasu. Sprzenie ujemne 6

7 Sprz enie dodatnie 7