材料現(xiàn)代分析測試第十三章(編輯修改稿)
2024-08-31 16:23 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 長機(jī)理的研究； ?④表面的力學(xué)性質(zhì) (如摩擦、磨損、粘著、斷裂等 )研究； ?⑤表面化學(xué)過程 (如腐蝕、鈍化、催化、晶間腐蝕、氫脆、氧化等 )研究； ?⑥集成電路摻雜的三維微區(qū)分析； ?⑦固體表面吸附、清潔度、沾染物鑒定等。 局限性 ?① 不能分析氫和氦元素； ?②定量分析的準(zhǔn)確度不高； ?③對多數(shù)元素的探測靈敏度為原子摩爾分?jǐn)?shù)%~%； ?④電子束轟擊損傷和電荷積累問題限制其在有機(jī)材料、生物樣品和某些陶瓷材料中的應(yīng)用； ?⑤對樣品要求高，表面必須清潔 (最好光滑 )等。 167。 X射線光電子能譜法 ? X射線光電子能譜法（ XPS），因最初以化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用為主要目標(biāo)，故又稱為 化學(xué)分析用電子能譜法（ ESCA） 。 ?技術(shù)基礎(chǔ)： X射線激發(fā)物質(zhì)光電離、光電子發(fā)射過程及其能量關(guān)系等見第一章。 一、基本原理 能譜中表征樣 品芯層電子結(jié) 合能的一系列 光電子譜峰稱 為 元素的特征 峰 Ag的光電子能譜圖（ MgK?激發(fā)） 1．化學(xué)位移 ? 因原子所處化學(xué)環(huán)境不同，使原子芯層電子結(jié)合能發(fā)生變化，則 X射線光電子譜譜峰位置發(fā)生移動，稱之為 譜峰的化學(xué)位移 。 ? 圖 137所示為帶有氧化物鈍化層的 Al的 2p光電子能譜圖 ? 由圖可知， 原子價態(tài)的變化導(dǎo)致 A1的 2p峰位移 。 A1的 2p電子能譜的化學(xué)位移 物理位移 ?由于固體的熱效應(yīng)與表面荷電效應(yīng)等物理因素引起電子結(jié)合能改變，從而導(dǎo)致光電子譜峰位移，此稱之為 物理位移 。 ?在應(yīng)用 X射線光電子譜進(jìn)行化學(xué)分析時，應(yīng)盡量避免或消除物理位移 。 2．伴峰與譜峰分裂 ?能譜中出現(xiàn)的非光電子峰稱為 伴峰 。 ?如光電子 (從產(chǎn)生處向表面 )輸遠(yuǎn)過程中因非彈性散射 (損失能量 )而產(chǎn)生的能量損失峰， X射線源(如 Mg靶的 K?1與 K?2雙線 )的強(qiáng)伴線 (Mg靶的 K?3與K?4等 )產(chǎn)生的伴峰，俄歇電子峰等。 譜峰分裂 ? 能譜峰分裂有多重態(tài)分裂與自旋 軌道分裂等。 ? 如果原子、分子或離子價 (殼 )層有未成對電子存在，則內(nèi)層芯能級電離后會發(fā)生能級分裂從而導(dǎo)致光電子譜峰分裂，稱之為 多重分裂 。 ? 圖為 O2分子 X射線光電子譜多重分裂。電離前 O2分子價殼層有兩個未成對電子，內(nèi)層能級 (O1s)電離后譜峰發(fā)生分裂 (即多重分裂 )，分裂間隔為 。 氧分子 O1s多重分裂 (a)氧原子 O1s峰； (b)氧分子中 O1s峰分裂 自旋 軌道分裂 ?一個處于基態(tài)的閉殼層 (閉殼層指不存在未成對電子的電子殼層 )原子光電離后，生成的離子中必有一個未成對電子。若此未成對電子角量子數(shù) l＞ 0，則必然會產(chǎn)生自旋 軌道偶合 (相互作用 )，使未考慮此作用時的能級發(fā)生能級分裂 (對應(yīng)于內(nèi)量子數(shù) j的取值 j＝ l+1/2和 j＝ l1/2形成雙層能級 )，從而導(dǎo)致光電子譜峰分裂；此稱為 自旋 軌道分裂 。 ?圖所示 Ag的光電子譜峰圖除 3S峰外，其余各峰均發(fā)生自旋 軌道分裂，表現(xiàn)為雙峰結(jié)構(gòu) (如 3P1/2與3P3/2)。 Ag的光電子能譜圖（ Mg K?激發(fā)） 二、 X射線光電子能譜儀 ?主要組成部分： X光源 (激發(fā)源 )， 樣品室 ， 電子
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