XPS在材料研究中的应用

《XPS在材料研究中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、XPS在材料研究中的应用摘要本文总结了X射线光电子能谱(XPS)的分析原理、研究进展,并介绍了儿种XPS在材料研究中的应用分析实例。关键词XPS,材料，分析1前言XPS的起源最早可追溯到人们对光电子的研究。1954年,以瑞典Uppsala大学k.Siegbahn教授为首的研究中心首次准确测定光电了的动能，不久观测到了元素的化学位移。由于XPS能够根据元素的化学位移分析出材料的化学状态，曾被命名为化学分析用电子能谱，即ESCA(ElectronSpectroscopyforChemicalAnalysis)o20世纪70年代末，XPS开始涉足有机物、高分子材料及木质材料领域，

2、80年代末，XPS的灵敏度及分辨率有了显著提高，现代XPS正在向着单色、小而积、成像三方向发展。XPS以其灵敏度高、破坏性小、制样简单的优点及定性强、能够分析材料表面元素组成及元素化学价态的特点而成为木质材料研究领域中一项重要分析手段。XPS基木原理是利用X射线辐照样品，在样品表面发生光电效应，产生光电了，如图1。通过对出射光电了能量分布分析，得到电了结合能的分布信息，进而实现对表面元素组成及价态分析。XPS采样深度与光电子的能量和材料性质有关，在深度为光电子的平均自由程九的3倍处，达到最佳，对金属约为0.5〜2nm；无机物1〜3nm；有机物1〜10nm。运用XPS可对木质

3、材料进行定性及定量分析。图1X射线光电子能谱的光电效应原理图电子能敏分Fits

4、线光电子能谱对Ni、Mn的价态进行分析。结果表明，在Pr2NiMnO6o中，Ni、Mn主要以2价、4价的形式存在。使用的仪器是ESCALAB250型光电子能谱仪（美国ThermoFisher公司）。测试条件：使用单色化的AlKot射线（X射线束斑为500

5、ini）作为激发源，分析室的真空度优于W9Pa,全谱扫描通能为100eV,扫描步长为leV；窄谱扫描通能为30eV,其中Ni2p3/2：扫描步长为O.leV,Mn3s扫描步长为0.05eVoO2004006008001OOC)?200Bindingenergy/eV图3Pr2NiMnO6的XPS图谱图3为所制备P“NiMn

6、Oo样品的XPS全扫描谱。从图屮可以看出Pr3d、O1SXPS峰较强，Ni2p、Mn3sXPS峰较弱。C1SXPS峰的出现表明样品表面存在吸附碳。木文主要关注Ni和Mn的价态，在钙钛矿体系中Pi•是三价的，所以变价的只可能是Ni和Mn,通过对Ni2pXPS谱进行精细研究可得到Ni的价态。由于光电子峰Mn2p会受到NiLM45M45;俄歇峰一定的干扰，对Mn3sXPS谱进行精细扫描分析以求得到较为准确的Mn的价态。图4为Ni的2p,佗芯电子XPS谱图，图中两峰分别为结合能在854—855eV的Ni2p耽光电子主峰和861eV附近的Ni2p抛卫星峰。首先对Ni2p3/2光电子主

7、峰进行单峰拟合，拟合曲线和测量曲线间出现较大的偏差，表明Ni以混合价态的形式存在于Pr2NiMnOo屮（见图4A）。在单斜结构的双钙钛矿屮所冇的Ni均位于NiO。八面体屮心，其化学环境相同，Ni化合价的升高（降低）会导致结合能的变大（变小）。文献报道的NiO和Ni2O3,'pNi的2p电子结合能数据分别为854.5eV和855.8eV,以此数据为基础对Ni2p3/2的光电了峰进行分峰拟合以求得Ni2+/Ni3+的相对含量。拟合过程中，考虑到化学环境的改变会导致Pr2NiMnO6中Ni结合能的变化，在保持两个子峰半高宽相等的条件下，改变调试Ni2NP+的结合能数据进行多次拟

8、合直至拟合曲线与测量曲线冇较好的符合（见图4B）。结果表明Ni离子以2价为主，占74.1%。3»(0Mpasurw]spectrum—FittingspectTum■Fittingpeaks^788082848688909294Bindingenrrgy/^V图5Pr2NiMnO6中Mn3s的XPS谱及拟合结果通过分析Mn3s光电子谱来判断钙钛矿屮Mn的价态已有研究报道。由于Mn3s和Mn3d电了的交换作用，Mn3s光电了峰会发生劈裂，其劈裂程度和Mn的价态有关，Mn3+3s劈裂峰能量并为5・5eV,而Mn"的劈裂