Techniki próżniowe (ex situ)

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Techniki próżniowe (ex situ)"

Krystian Morawski
6 lat temu
Przeglądów:

1 Techniki próżniowe (ex situ)

2 Oddziaływanie promieniowania X z materią rearrangement X-ray photon X-ray emission b) rearrangement a) photoemission photoelectron Auger electron c) Auger/X-ray emission a) Absorbcja energii promieniowania X prowadzi do emisji elektronu z powłoki wewnętrznej zwanego fotoelektronem. Energia wyemitowanego fotoelektronu jest proporcjonalne do energii promieniowania X. b) Następuje przejście elektronu z wyższych powłok do powłoki wewnętrznej. c) Wydziela się nadmiar energii, który zostaje zużyty na emisję elektronu z wyższego poziomu, zwanego elektronem Auger a, lub energia ta jest wyemitowana jako fotony X, zwane fluorescencją rentgenowską. Energia elektronu Auger a jest niezależna od promieniowania X.

3 XPS

4 Informacje zawarte w energii fotoelektronu Elektron walencyjnyniska energia wiązania, mała gęstość elektronowa Elektron wewnętrzny- wysoka energia wiązania, duża gęstość elektronowa Energia fotoelektronu jest zależna od zajmowanej powłoki, oraz od chemicznego sąsiedztwa Energia wyemitowanego fotoelektronu zawiera informacje wynikające z sąsiedztwa, czyli informacje o stopniu utlenienia, a więc i rodzaju wiązań chemicznych

5 Przesunięcia chemiczne E B X-ray: h I I = E M - E M + Teoremat Koopmana: I = E B,K - K Obliczenia metodą Hartree-Fock a wykazują przesunięcie o około 30 ev? 1. Orbitale w M + nie są takie same jak w M; reorganizują się, r. 2. Elektron porusza się w zależności od innych elektronów, jest korelacja ruchu, c. 3. Energie orbitali podlegają efektowi relatywistycznemu, rel. E B,K = - K - r - c - rel Dzięki dyskutowanym różnicom było możliwe zastosowanie techniki XPS do badania stopnia utlenienia, oraz do badania różnic energii wiązania związanych z sąsiednimi atomami.

6 Zastosowanie przesunięć chemicznych Zmiana energii wiązania e - orbitalu 1s siarki w zależności od stopnia utlenienia Zmiana energii wiązania e - orbitalu 2p siarki w organicznych i nieorganicznych związkach siarki Przesunięcie chemiczne /ev Energia wiązania 2p /ev Stopień utlenienia Ładunek Dane z pracy: Siegbahn, et al., Nova Acta R. Soc.Sci.Upsaliensis, Ser. IV, 20 (1967) 5

7 Budowa i tryby pracy spektrometru XPS Schemat spektrometru XPS

8 Spektrometr XPS AXIS Aperture Iris Co-axial charge Neutraliser Magnetic lens Za zgodą Kratos Co

9 Zależność en. od powłoki

10 Widma pierwiastków i Au

11 Typical binding energies for C 1s photoemission peaks from organic materials functional group binding energy (ev) hydrocarbon C-H, C-C amine C-N alcohol, ether C-O-H, C-O-C fluorocarbon C-F carbonyl C=O F bound to a carbon -CH2CF F bound to a carbon -CF Typical chemical shifts for O 1s photoemission peaks from organic materials functional group binding energy (ev) carbonyl -C=O, O-C=O alcohol, ether -O-H, O-C-O ester C-O-C=O 533.7

12 Widma związków O-C

13 Organika-nieorganika

14 Związki heteroorganiczne

15 Analiza głębokościowa Film TiN/SiO 2 na Si TiN SiO 2 Si Badania głębokościowe powinny dostarczyć informacji o grubościach warstw oraz o ich stanie chemicznym. Sposoby badań głębokościowych: 1. Badania zmienno kątowe. 2. Badania połączone z trawieniem powierzchni.

16 Kątowe badania głębokościowe SiO 2 /Si 0 deg. Bulk sensitive Si 45 deg. Si SiO 2 SiO 2 60 deg. Si 75 deg. Surface sensitive SiO 2 SiO 2 Si

17 Analiza głębokościowa Film TiN/SiO 2 na Si Profile głębokościowe umożliwiają uzyskanie pełnej informacji chemicznej oraz tej dotyczącej grubości warstw Si SiO 2 TiN SiO 2 Si

18 Pt Przykład analizy

19 Zależność od głębokości

Układ podwójnej detekcji Outer hemisphere of HSA Retarding projector lens I 2 I 1 Objective lens Spherical mirror analyser (SMA) Hemispherical

20 Układ podwójnej detekcji Outer hemisphere of HSA Retarding projector lens I 2 I 1 Objective lens Spherical mirror analyser (SMA) Hemispherical analyser (HSA) Delayline detector Selected area aperture Lateral resolution to <2 m Charge neutraliser Magnetic lens Sample Za zgodą Kratos Co

21 Równoczesne obrazowanie i spektroskopia CO,CN CF 2 CC,CH CF 3 CO,CN CC,CH Za zgodą Kratos Co

22 Neutralizacja ładunku Powierzchnia nie rozładowana Sposób standardowy X-ray Działo elektronowe Sposób optymalny X-ray Działo elektronowe Powierzchnia próbki Powierzchnia próbki Za zgodą Kratos Co

23 Neutralizacja ładunku Włókna drewna w pulpie papierniczej. Substancja wyjątkowo trudna do neutralizacji ładunku ( wysoka oporność i struktura gąbki) Zastosowanie nowoczesnej przestrzennej techniki neutralizacji ładunku umożliwia otrzymanie widma XPS o bardzo dobrej rozdzielczości. 800 microns C 1s spectrum from wood fibres 200 microns Za zgodą Kratos Co

24 Poliester Rozdzielczość 0,6 ev

25 Analiza powierzchni polimeru: Poly(ethylene tetraphthalate) - PET Rozróżnienie sąsiedztwa chemicznego 2 3 -(-O-C- 1 -C-O-CH 2 -CH 2 -)- = 3 = 1 O O n C 1s region C(1) 285.0eV 61 at% C(2) 286.5eV 21 at% C(3) 289.2eV 18 at% C1 O2 O1 O 1s region O(1) 530.8eV 49 at% O(2) 532.1eV 53 at% C2 C3

26 Spektroskopia XPS wysokiej rozdzielczości elektronów walencyjnych Trudność: na orbitach walencyjnych gęstość elektronowa jest bardzo mała- mniejsze prawdopodobieństwo oddziaływań, czyli wielokrotnie mniejsza intensywność sygnału. C 1s region Rozwiązanie: stosowanie soczewek magnetycznych, monochromatycznego źródła promieniowania X, oraz wysokoczułych detektorów. Przykład: 3 stereo izomery PBMA (polybutylmethacrylate) mają te same wzory strukturalne, ale różnią się chemicznie ze względu na konformację związaną z rotacją wokół wiązania pojedynczego. Wynik analizy XPS: Spektra elektronów wewnętrznych C 1s nie wykazują żadnej różnicy pomiędzy izomerami. Spektra elektronów walencyjnych pokazują wyraźne różnice pomiędzy izomerami. Technika XPS elektronów walencyjnych może więc służyć jako unikalna metoda do identyfikacji związków chemicznych, a jej wyniki mogą być przyjęte jako odciski palców danych związków.

Podobne dokumenty

Techniki próżniowe (ex situ)

Techniki próżniowe (ex situ) Oddziaływanie promieniowania X z materią rearrangement X-ray photon X-ray emission b) rearrangement a) photoemission photoelectron Auger electron c) Auger/X-ray emission a)