射线光电子能谱分析案例ppt课件.ppt

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1、X射线光电子能谱分析X-rayPhotoelectronSpectroscopy1表面分析技术(SurfaceAnalysis)是对材料外层(theOuter-MostLayersofMaterials(<100nm))的研究的技术X-rayBeamX-raypenetrationdepth~1mm.Electronscanbeexcitedinthisentirevolume.X-rayexcitationarea~1x1cm2.ElectronsareemittedfromthisentireareaEle

2、ctronsareextractedonlyfromanarrowsolidangle.1mm210nm2主要内容XPS的基本原理光电子能谱仪实验技术X射线光电子能谱的应用38.1XPS的基本原理XPS是由瑞典Uppsala大学的K.Siegbahn及其同事历经近20年的潜心研究于60年代中期研制开发出的一种新型表面分析仪器和方法。鉴于K.Siegbahn教授对发展XPS领域做出的重大贡献，他被授予1981年诺贝尔物理学奖。XPS现象基于爱因斯坦于1905年揭示的光电效应，爱因斯坦由于这方面的工作被授予1921

3、年诺贝尔物理学奖；X射线是由德国物理学家伦琴（WilhelmConradRöntgen，l845-1923）于1895年发现的，他由此获得了1901年首届诺贝尔物理学奖。4X射线光电子能谱（XPS，全称为X-rayPhotoelectronSpectroscopy）是一种基于光电效应的电子能谱，它是利用X射线光子激发出物质表面原子的内层电子，通过对这些电子进行能量分析而获得的一种能谱。这种能谱最初是被用来进行化学分析，因此它还有一个名称，即化学分析电子能谱（ESCA，全称为ElectronSpectroscop

4、yforChemicalAnalysis）5X射线物理X射线起源于轫致辐射，可被认为是光电效应的逆过程，既：电子损失动能产生光子(X射线)快电子原子核慢电子EK1EK2h光子因为原子的质量至少是电子质量的2000倍，我们可以把反冲原子的能量忽略不计。68.1XPS的基本原理8.1.1光电效应1.光电效应具有足够能量的入射光子(hν)同样品相互作用时，光子把它的全部能量转移给原子、分子或固体的某一束缚电子，使之电离。7X射线激发光电子的原理8.1XPS的基本原理8电子能谱法：光致电离；A+hA+*+eh

5、紫外(真空)光电子能谱hX射线光电子能谱hAuger电子能谱单色X射线也可激发多种核内电子或不同能级上的电子，产生由一系列峰组成的电子能谱图，每个峰对应于一个原子能级（s、p、d、f）；98.1XPS的基本原理108.1XPS的基本原理光子的一部分能量用来克服轨道电子结合能(EB)，余下的能量便成为发射光电子(e-)所具有的动能(EK)，这就是光电效应。用公式表示为：Ek=hν-EB–Ws结合能(EB)：电子克服原子核束缚和周围电子的作用，到达费米能级所需要的能量。118.1XPS的基本原理费米（Fermi

6、）能级：能带中充满电子的最高能级；逸出功Ws：固体样品中电子由费米能级跃迁到自由电子能级所需要的能量。电子弛豫:内层电子被电离后,造成原来体系的平衡势场的破坏，使形成的离子处于激发态，其余轨道电子结构将重新调整。这种电子结构的重新调整，称为电子弛豫。128.1XPS的基本原理8.1.2XPS谱图分析中原子能级的表示方法XPS谱图分析中原子能级的表示用两个数字和一个小字母表示。例如:3d5/2第一个数字3代表主量子数(n),小写字母代表角量子数;右下角的分数代表内量子数jl—为角量子数，l=0,1,2,3……,1

7、38.1XPS的基本原理注意:在XPS谱图中自旋－轨道偶合作用的结果，使l不等于0（非s轨道）的电子在XPS谱图上出现双峰，而S轨道上的电子没有发生能级分裂，所以在XPS谱图中只有一个峰。148.1XPS的基本原理8.1.3化学位移1.定义由于化合物结构的变化和元素氧化状态的变化引起谱峰有规律的位移称为化学位移2.化学位移现象起因及规律（1）原因内层电子一方面受到原子核强烈的库仑作用而具有一定的结合能，另一方面又受到外层电子的屏蔽作用。因而元素的价态改变或周围元素的电负性改变，则内层电子的结合能改变。158.1

8、XPS的基本原理（2）规律当元素的价态增加，电子受原子核的库伦作用增加，结合能增加；当外层电子密度减少时，屏蔽作用将减弱，内层电子的结合能增加；反之则结合能将减少。168.1XPS的基本原理与元素电负性的关系三氟乙酸乙酯电负性：F>O>C>H4个碳元素所处化学环境不同；178.1XPS的基本原理与氧化态关系188.2光电子能谱仪实验技术8.2.1光电子能谱仪的结构电子能谱仪主要由激发源