文档介绍：Chapter 3 电子能谱分析
电子能谱分析
电子能谱分析的概念
电子能谱分析是一种表面(界面)物理分析方法,通过用单色光(X射线、紫外光)或电子束照射样品产生光电子或俄歇电子,收集这些电子所带有的样品表面信息和能量,从而对样品的组成和表面元素状态进行分析的方法。
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入射波或粒子
发射波或粒子
样品
探测器
数据处理与结果显示
现代分析技术的基本原理图
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(1) 表面和界面的概念
我们从固体物理学中知道,理想晶体是由一种称为“晶胞”的结构单元在三维空间中重复排列而形成的一个无限“连续体”。但实际上各种物质并不是无限连续的,而是有尽头的,这个尽头就是不同物质的交界处,即所谓界面。如固气界面是固体与气体的界面,固液界面是固体与液体的界面,同样还有液液界面,固固界面,液气界面。人们****惯上将固气界面和固液界面称为固体和液体的表面,实际上是凝聚态物质与气体或真空的一种过渡状态。
Ⅰ. 表面和界面概念的引入
Ⅱ. 表面和界面的概念
物态之间的接触边界叫界面,其中固态━气态(或真空)接触边界叫表面。
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表面
界面
磁带剖面图
聚酯基底
表面和界面图示
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Ⅲ. 研究表面和界面的目的
Since it requires energy to terminate the bonding, the surface is energetically less stable than the bulk.
This energy is known as the surface free energy. In the case of liquid interfaces, this energy is called surface tension.
物质的表面和界面具有不同于物质内部的性质
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(2) 单色光和单色光源
单色光:具有单一频率的光。
单色光源:产生单色光的光源。
(3) 基态原子、光电子、X射线光电子、紫外光电子
基态原子: 不电离、不激发、不离解的自由原子
光电子: 基态原子在光子作用下电离产生的电子
X射线光电子:用X射线激发基态原子产生的电子
紫外光电子: 用紫外光激发基态原子产生的电子
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电子能谱分析的种类
根据激发源的不同,电子能谱分为:
X射线光电子能谱(简称 XPS)
(X-Ray Photoelectron Spectrometer)
紫外光电子能谱(简称 UPS)
(Ultraviolet Photoelectron Spectrometer)
俄歇电子能谱(简称 AES)
(Auger Electron Spectrometer)
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光电子能谱分析
XPS(X射线光电子能谱)
(1)激发源:X射线激发光源:Mg、Al靶
X射线的产生(X射线衍射分析部分已经讲述)
(2)样品受激发产生光电子。
光电子的产生:M+hυ
M+* + e-
光电子产生示意图
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结合能的定义:原子核对于某一能级上电子的束缚力称为该能级电子的结合能。
(3)XPS 分析方法的原理
对孤立的原子和分子而言:(1)式中EB是将电子从所在能级转移至真空能级时所需的能量,以真空能级为能量零点。
根据能量守恒定律
hυ= EB+Ek
EB= hυ-Ek
(1)
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若以费米(Fermi)能级作为参考点,(1)式改写为:
hυ= EB+φs+Ek EB= hυ-φs-Ek(2)
对固体样品,必须考虑晶体势场和表面势场对光电子的束
缚作用,通常选取费米(Fermi)能级为参考点。
对于固体样品,原子所得到的能量一部分用来将内层电子提升到Fermi能级,即电子结合能EB;其次是为了克服晶体场的作用将电子从Fermi能级提升到真空能级所