【正文】 子結(jié)合狀態(tài)和電子分布狀態(tài)。這一化學(xué)位移的信息是元素狀態(tài)分析與相關(guān)的結(jié)構(gòu)分析的主要依據(jù)。因而 XPS常被用來(lái)作氧化態(tài)的測(cè)定。在有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)分析上較之 NMR更優(yōu)越的是可分析除 H、 He以外的全周期表元素。有機(jī)分子的基團(tuán)位移法更直接地根據(jù)化學(xué)位移 ? 給出分子結(jié)構(gòu)。 化學(xué)態(tài)的分析主要依賴譜線能量的精確測(cè)定。 ? (2). 俄歇譜線化學(xué)位移和俄歇參數(shù) 定量分析 在表面分析研究中我們不僅需要定性地確定式樣的元素種類及其化學(xué)狀態(tài) 而且希望能測(cè)得它們的含量。 XPS定量分析的關(guān)鍵是要把所觀測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度轉(zhuǎn)變成元素的含量，即將譜峰的面積轉(zhuǎn)變成相應(yīng)元素的含量。 ? 已發(fā)展出的一些實(shí)用 XPS定量方法可以概括為標(biāo)樣法，元素靈敏度因子法和一級(jí)原理模型。目前XPS定量分析多采用元素靈敏度因子法。 ? 1. 一級(jí)原理模型 ?? H和 He的原子靈敏度因子非常小 ——在傳統(tǒng) XPS中不可測(cè)。 ?? 每一元素在復(fù)雜混合物中的靈敏度會(huì)變化。 背地扣除。 XPS的優(yōu)點(diǎn)是其樣品處理的簡(jiǎn)單性 和廣泛的適應(yīng)性與高信息量。表面的最基本 XPS分析可提供表面存在的 所有元素（除 H和 He外）的定性和定量信息。因而 XPS被認(rèn)為是一種可利用的最強(qiáng)力 的分析工具。 10%）； ?? 亞單層靈敏度；探測(cè)深度 1～ 20 原子單層 (10 nm)，依賴材料和實(shí)驗(yàn)參 數(shù)； ? 優(yōu)異的化學(xué)信息 (化學(xué)位移和各種終態(tài)效應(yīng)，以及完善的標(biāo)準(zhǔn)化合物數(shù) 據(jù)庫(kù) )；關(guān)于分子環(huán)境的信息（氧化態(tài)、成鍵狀態(tài)等）； ?? ? 來(lái)自震激躍遷（ π→π*）的關(guān)于芳香的或不飽和烴的結(jié)構(gòu)信息； ?? ? 使用價(jià)帶譜的材料“指紋”和成鍵軌道的鑒別； ?? ? 詳細(xì)的電子結(jié)構(gòu)和某些幾何信息； ?? ? 樣品 10nm 內(nèi)的非破壞性元素深度剖析，以及利用 (1)角相關(guān) XPS 研究 和 (2)有不同逃逸深度的光電子進(jìn)行表面不均勻性的估算。 ? 隨著材料科學(xué)、生物技術(shù)和一般表面現(xiàn)象研究興趣的增強(qiáng)，與 XPS技術(shù)和儀器的 優(yōu)勢(shì)結(jié)合，使得 XPS在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)仍會(huì)是卓越的表面分析技術(shù)。 二、在高分子聚合物材料中的應(yīng)用 （ 1） 、有機(jī)化合物和聚合物分析 有機(jī)化合物和聚合物主要由 C. H. O. N. S. P. 和其它一些金屬元素組成的各種官能團(tuán)構(gòu)成，因此就必須對(duì)這些官能團(tuán)進(jìn)行定性和定量的分析和鑒別。 （常作為結(jié)合能的參考） 當(dāng)用 O原子來(lái)置換掉 H原子后，對(duì)每 一 C?O鍵均可引起 C1s電子有約 177。 C?O?X中 X (除 X=NO2 外 )的次級(jí)影響一般較小 (177。 ? 有機(jī)樣品的典型 C1s結(jié)合能值 ? (ii) O1s結(jié)合能 ? O1s結(jié)合能對(duì)絕大多數(shù)功能團(tuán)來(lái)講都在 533eV左右的約 2eV的窄范圍內(nèi)。 ? 有機(jī)物樣品的典型 O 1s結(jié)合能值 納米碳催化合成研究取得新進(jìn)展 德國(guó) 《 應(yīng)用化學(xué) 》 蘇黨生 借助在納米金剛石表面上高度彎曲的氧摻雜石墨烯活性結(jié)構(gòu)，在無(wú)水，無(wú)水蒸氣保護(hù)的低溫條件下實(shí)現(xiàn)了乙苯直接脫氫制取苯乙烯，其催化活性大約為工業(yè)氧化鐵催化劑的三倍。進(jìn)一步使用同步輻射 X射線光電子能譜考察了表面石墨烯的化學(xué)組成，發(fā)現(xiàn)氧原子含量在 300度時(shí)高達(dá)%，主要為飽和謎氧物種（ C—O)和不飽和酮羰基物種 (C=O)。 考察穩(wěn)定性：反應(yīng) 5小時(shí)候，氧化鐵催化劑上轉(zhuǎn)化率由 %迅速降低至 %，而納米金剛石上的轉(zhuǎn)化率在 120小時(shí)內(nèi)高于 %苯乙烯選擇性高達(dá) %。使用原位紅外光譜和 X射線光電子能譜深入研究非金屬催化機(jī)理和誘導(dǎo)其內(nèi)的活性降低的原因直接驗(yàn)證了不飽和酮羰基物種在直接脫氫反應(yīng)中的決定性作用。 四、在冶金科學(xué)中的應(yīng)用 ? 金屬材料的許多性質(zhì)，如腐蝕、氧化、應(yīng)力、疲勞、磨損、脆性、粘著、形變、摩擦等，不但與金屬的表面形貌有關(guān)，也同表面組成，以及吸附、分凝、擴(kuò)散等表面現(xiàn)象有關(guān)，跟金屬晶界和界面情況有關(guān)。 ? (a) 表面層的物質(zhì)遷移 ? 表面層的物質(zhì)遷移包括：表面雜質(zhì)的熱脫附反應(yīng)生成物的蒸發(fā)，表面雜質(zhì)的表面擴(kuò)散，體內(nèi)向表面的擴(kuò)散和析出。 ? 硅 —金系統(tǒng)的低溫遷移。 ? (c) . 在晶粒間界方面的應(yīng)用 ? 材料的許多機(jī)械性質(zhì)和腐蝕現(xiàn)象都與晶界化學(xué)有關(guān)，晶界斷裂就是最明顯的例子。如含 %Ni, %Cr, %C, 300ppm Sb(重量比 )的低合金鋼，其脆斷原因就是 Sb偏析到晶界，若加入 %Ti，則 Sb偏析減少。過(guò)去曾認(rèn)為脆化原因是氧偏析在晶界，但用 AES在脆斷口找不到氧富集，卻有 P富集，而且發(fā)現(xiàn)脆化 –延展過(guò)度溫度與 P的俄歇峰高成正比，這說(shuō)明脆化原因是 P的偏析。 ? 五、在半導(dǎo)體微電子技術(shù)中的應(yīng)用 ? 電子能譜可對(duì)半導(dǎo)體材料和工藝過(guò)程進(jìn)行有效質(zhì)量控制和分析，注入和擴(kuò)散分析，因?yàn)楸砻婧徒缑娴男再|(zhì)對(duì)器件性能有很大影響。 ? 【 例 】 金屬化系統(tǒng) Au/Cr/Si界面反應(yīng)的研究： 在半導(dǎo)體微電子器件中需要有金屬引出電極，理想的電極材料為金，但是金與半導(dǎo)體硅之間存在嚴(yán)重的互擴(kuò)散，為此必須制做有過(guò)度夾層的多層膜材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。上圖為 Au/Cr/Si多層膜金屬電極在加熱老化實(shí)驗(yàn)前后進(jìn)行的深度剖析圖，結(jié)果表明在器件加熱退火后金和硅間仍然存在著較強(qiáng)的互擴(kuò)散，使器件功能失效。結(jié)果表明由于氮夾層的存在，有效地阻止了金和硅的互擴(kuò)散，這樣的器件在使用過(guò)程中才是可靠地。電子能譜是研究各種鍍層、 涂層和表面處理層 (鈍化層、保護(hù)層等 )的最有效手段，廣泛應(yīng)用于金屬 、高分子、 石油工業(yè)、船舶等材料的表面處理 , 金屬或聚合物的淀積、防腐蝕、抗磨、斷裂 等方面的分析和研究。 ? 定性分析：全譜掃描（ 1—1000eV），可確定表面主要元素組成。 ? (ii) 不銹鋼氧化膜中元素價(jià)態(tài)分析 通過(guò)元素的特征峰的化學(xué)位移的大小，在 一定條件下可推知其化學(xué)價(jià)態(tài)。 C空氣 中 氧 化 、 5 分 鐘 后 的 XPS 譜 圖 為 (Cr2p3/2,O1s) (iii) 不銹鋼耐腐蝕機(jī)理的研究 不銹鋼經(jīng)鈍化處理后， 表面膜主要以 Cr的 氧化物 (Cr2O3)為主 XPS表明這層 Cr2O3膜 并非抗腐蝕的決定性條件 Mo的加入，一方面使鈍 化膜中 Cr保持一定富集水 平，另一方面抑制了過(guò)渡 層的貧 Cr。 ? 九、在薄膜材料研究中的應(yīng)用 ? 如 LB膜、光學(xué)膜、磁性膜、超導(dǎo)膜、鈍化膜、太陽(yáng)能電池薄膜等表面的化學(xué)成分和價(jià)態(tài)是否如我們所預(yù)期的 , 層間擴(kuò)散情況，膜的厚度 , 是否含有其他雜質(zhì)，膜的均勻性如何等。它是電子能譜儀的核心部件。 ? 常用的靜電偏轉(zhuǎn)型分析器有半球扇型分析器 (HSA)和筒鏡型分析器 (CMA)兩種。當(dāng)被測(cè)電子以能量E0進(jìn)入能量分析器的入口后，在兩個(gè)同心球面上加控制電壓后使電子偏轉(zhuǎn)，在出口處的檢測(cè)器上聚焦。 由于 R0, R1和 R2是固定的，改變 V1和 V2將可掃描沿 半球平均路徑運(yùn)動(dòng)的電子的動(dòng)能 ? 檢測(cè)器 ? 由于電子能譜檢測(cè)的電子流非常弱，一般在 1011～108A，現(xiàn)在商品儀器一般采用電子倍增器來(lái)測(cè)量電子的數(shù)目。 ? 單通道電子倍增器由一端具有錐形收集開(kāi)口另一端為金屬陽(yáng)極的螺旋形玻璃管構(gòu)成，其內(nèi)壁涂有高電子發(fā)射率的材料，兩端接有高電壓。為提高數(shù)據(jù)采集能力，減少采集時(shí)間，近代譜儀越來(lái)越多地采用單通道電子倍增器陣列來(lái)作為檢測(cè)器。 ? 電子檢測(cè)器的輸出是一系列脈沖，經(jīng)前置放大后將其輸入到脈沖放大器或鑒頻器，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后信號(hào)由在線計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集。由于單塊多通道板的增益比單通道電子倍增器小許多，所以多通道電子檢測(cè)器通常都由一前一后兩塊多通道板組成。如以 XY陣列平行地采集光電子像，以 X能量陣列平行地采集線掃描譜，以能量 角度陣列平行地采集角分辨 XPS譜。在線計(jì)算機(jī)可對(duì)譜儀進(jìn)行直接控制并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和進(jìn)一步處理。常用的數(shù)學(xué)處理方法有譜線平滑，扣背底，扣衛(wèi)星峰，微分，積分，準(zhǔn)確測(cè)定電子譜線的峰位、半高寬、峰高度或峰面積(強(qiáng)度 )，以及譜峰的解重疊 (Peak fitting)和退卷積，譜圖的比較和差譜等。當(dāng)代的軟件程序包含廣泛的數(shù)據(jù)分析能力，復(fù)雜的峰型可在數(shù)秒內(nèi)擬合出來(lái)。 EB=0 XPS ?? X射線光電子譜儀的能量校準(zhǔn) ?能量坐標(biāo)標(biāo)定 ?有了儀器的能量零點(diǎn)后，需要選用一些易于純化的金屬，對(duì)譜儀的能量坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定。 ?在兩點(diǎn)定標(biāo)方法中應(yīng)注意選擇適合于譜儀線性響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)譜線能量范圍，同時(shí)必須對(duì) Fermi能量零點(diǎn)作出嚴(yán)格