材料现代分析方法_1(XPS)讲义

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XPS原理及分析精品课件(一)

XPS原理及分析精品课件(一)XPS是一种基于电子能谱的表征材料的表面化学成分、价态、电荷状态和电子结构的技术。

这一技术被广泛应用于分析各种材料，如晶体、表面、薄膜、纳米材料、生物材料等等。

而XPS原理及分析精品课件则是一个非常重要的课程，它可以帮助学生更深入地了解XPS的原理和应用，提高他们的实验技能和分析能力。

首先，我们需要了解XPS的原理。

XPS技术的核心在于电子能谱分析。

该技术利用高能量光子轰击样品的表面，使样品表面的原子和分子离子化，释放出许多电子。

这些电子的能量是与它们所在原子的价态和电子结构相关的。

电子能谱仪可以测量这些被释放出的电子的能量和数量，并根据这些信息推断出材料的化学成分和电子结构。

其次，XPS分析精品课件可以帮助学生更好地理解XPS的分析过程。

这个过程包括多个步骤。

首先要准备好要分析的样品，并将其放置在样品房中。

然后，使用高能量光子轰击样品表面，产生电子。

这些电子被聚焦到电子能谱仪中，其中的光学系统将它们聚集在一起。

在光子击中样品表面的同时，样品也会受到电极的干扰。

为了避免干扰，我们使用一个连接到电子能谱仪的电源，将样品表面的电子中性化。

最后，这门课程还将涵盖一些高级的分析技术。

比如，学生将学习如何在XPS分析中使用谱峰拟合技术，该技术可用于准确地确定化学成分和价态。

此外，我们还将学习取样技能，以便在分析之前正确准备样品。

这项技能在不同应用领域如生物医学、纳米科技、表面科学等方面具有非常大的价值。

总之，XPS原理及分析精品课件被认为是一项极其重要的课程，它可以帮助学生掌握一些重要的表面化学成分分析技术。

无论是在学术研究还是在工业领域，这些技能都是非常有价值的。

对于那些希望在此领域发展的学生来说，掌握这些技能将对他们的职业生涯产生积极的影响。

XPS仪器及基础分析讲义ppt课件

➢ 当元素处于化合物状态时，与纯元素相比，电子的结合能有一些小的变化，称为化学位移，表现在电子能谱曲线上就是谱峰发生少量平移。测量化学位移，可以了解原子的状态和化学键的情况。
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XPS的应用
➢结构分析
有机结构分析表面分析生物大分子结构分析高分子结构分析催化剂表面分析环境污染物结构分析
➢ 深度剖析不仅能给出元素的深度分布，同时也能给出某一元素的化学状态随深度变化的情况．这种情况能反映出一些钝化膜主要成分的性质与抗腐能力的关系．
➢ 下面以A1—Cu合金材料表画钝化膜的深度剖析研究为例，介绍一下XPS深度剖析在合金材料表面膜深度剖析中的应用.
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➢电子检测系统及基于PC机或工作站的服务性数据处理系统，两者同时控制谱仪成
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7
➢图14画出了X射线光电子能谱仪的基本组成部分。谱仪的作用过程是：产生很强的X射线，照射样品使内层电子产生光致发射，把发射的电子引入能量分析器，探测经过能量分析的电子，并输出一个与电子结合能呈函数关系的信号。
➢ 如果需要深度分布信息，那么最好是方法本身就具有深度分析能力。然而，如要测量产生微弱信号的痕量物质．那么，在一个不随实验时间变化的表面上能够取得信号的平均值大概就是非常可贵的了。当实在要求深度分布信息时，可以使用带有溅射装置的化学分析光电子能谱。为某一特殊应用选择实验方法时，总耍考虑由它们组合起来的一些折衷方案。
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17
化学位移效应
➢需指出的是，除了由于原子周围的化学环境的改变引起光电子峰位移外，样品的荷电效应同样会影响谱峰位移，从而影响电子结合能的正确测量。

环境材料分析方法课件-XPS

Al K Mg K
Cu 3p Au 4f7/2 Ag 3d5/2 Cu L3MM Cu 2p3/2 Ag M4NN
75.140.02 83.980.02 368.270.02 567.970.02 932.670.02 1128.790.02
75.130.02 84.000.01 368.290.01 334.950.01 932.670.02 895.760.02
62
8.8 表面元素分布或图形化表征
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8.8 表面元素分布或图形化表征
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X射线光电子能谱法的特点：
①是一种无损分析方法(样品不被X射线分解)； ②是一种超微量分析技术(分析时所需样品量少)； ③是一种痕量分析方法(绝对灵敏度高)。但X射线光电子能谱分析相对灵敏度不高，只能检测
CoOMoO3 / MgO Al2O3 CO H2O H2 CO2
46
8.3 表面元素化学态测定
47
8.3 表面元素化学态测定
化学态不仅仅是价态
48
8.3 表面元素化学态测定
应用于：催化剂活性成份、组分间相互作用机理、失效机理；表面反应，表面改性；表面工程；腐蚀与防护。
X射线一般不是单一的特征X射线，而是还存在一些能量略高的小伴线，所以导
致XPS中，除K1,2所
激发的主谱外，还有一些小峰。
28
6.4.2 鬼峰（ghost peaks）
由于X射源的阳极可能不纯或被污染，则产生的X射线不纯。因非阳极材料X射线所激发出的光电子谱线被称为“鬼峰”。
29
6.4.3 能量损失峰
C NH
51
8.4 表面修饰和改性心脏瓣膜用肝磷酯处理
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现代测试技术XPS讲课文档

图
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34
分辨率
分辨＝ E/率 E k10 % 0
E / E k (W / 2r ) 2 / 2
---光电子能谱的半高宽即绝对分辨率 Ek---通过分析器电子的额动能
W---狭缝宽度
r---两球间平均半径
---出口狭缝宽度与入口角
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➢ 筒镜式电子能量分析器
h
h
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）；
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原理方程
光子的一部分能量用来克服轨道电子结合能( EB)，逃逸消耗Ws ，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：
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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。
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11.4 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、降低活性残余气体的分压。因
在记录谱图所必需的时间内，残留气体会吸附到样品表面上，甚至有可能和样品发生化学反应，从而影响电子从样品表面上发射并产生外来干扰谱线。
298K吸附一层气体分子所需时间10-4Pa时为1秒；10-7Pa时为1000
秒
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5. 样品的制备
同轴圆筒，外筒接负压、内筒接地，两筒之间形成静电场；

XPS方法原理与仪器分析ppt课件

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13
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6、X轴：点A(X)，再点右键，然后点set column values，出现一个对话框，在from中填1，在to中填401(通道数)，在 col(A)中填BE始-0.05*(i-1)，或直接填1486.6-KE始- 0.05*(i-1)，最后点do it。
7、此时即可以作出N1s谱图。 8、画出来的图有可能有一些尖峰，那是脉冲，应把它们去
结合能校准：标准样品测定化学位移——谱图上测量峰位位移、测量双峰间的距离变化、测量半峰高宽变化；
* 成分深度的分析能力
1、变角XPS深度分析：利用采样深度的变化获得元素浓度与
深度的对应关系；非破坏性分析；适用于1—5nm表面层；
2、Ar离子剥离深度分析：交替方式-循环数依据薄膜厚度及
深度分辨率而定；破坏性分析；.
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3、再下面一个数据是步长值，如0.05或0.1或1，每张谱图间有可能不一样。
4、继续向下,可以找到401或801这样的数，该数为通道数，即有401或801个数据点。
5、再下面的数据开始两个数据是脉冲，把它们舍去，接下来的401或801个数据都是Y轴数据，将它们copy到B(Y)。
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5、拟合：选好所需拟合的峰个数及大致参数后，点 Optimise region进行拟合，观察拟合后总峰与原始峰的重合情况，如不好，可以多次点Optimise region。
6、参数查看：拟合完成后，分别点另一个窗口中的
Rigion Peaks下方的0、1、2等可看每个峰的参数，
第六章
➢ X射线光电子谱是重要的表面分析技术之一。它不仅能探测表面以及深度的化学组成，而且可以确定各元素的化学状态，因此，在化学、材料科学及表面科学中得以广泛地应用。

XPS分析价态ppt课件

K
Si
K
Ti
K1
Cr
K1
Cu
K1
132.3 0.44 151.4 0.77 1041.0 0.4 1253.6 0.7 1486.6 0.8 1739.4 0.8 4511 1.4 5415 2.1 8048 2.5
12
XPS X射线光电子谱基本原理
X射线光电子谱基本原理 X射线光电子能谱的理论依据就是Einstein的光电
1.0
1496.3
7.8
1498.2
3.3
1506.5
0.42
1510.1
0.28
1557.0
2.0
9
XPS X射线光电子谱仪
X射线光电子谱仪
作为X射线光电子谱仪的激发源，希望其强度大、单色性好。
同步辐射源是十分理想的激发源，具有良好的单色性，且可提供10 eV~10 keV连续可调的偏振光。
LMM,EK EB，EF ref 分析仪器
75.20.1 84.0 368.2 932.20.1 919.00.1 567.60.1 Pd
AEIES100
83.80.2 368.20.2 932.80.2 918.30.2 568.35.2 Pd Maqnelic
84.07 368.23 932.53 918.65 567.96 Pd
AEIES200
84.0
932.7 918.35 568.25 Pd
AEIES200
83.980.02 368.210.03 932.660.06 918.640.04 567.970.04 Pd AEIES200B
29
XPS X射线光电子谱仪的能量校准
能量坐标标定

材料现代分析方法(1)

材料现代分析方法重点（彭美勋部分）名词解释部分1，石墨单色器与分光晶体石墨单色器：利用衍射方法过滤杂色X射线的晶体单色器，比较滤波片更有效的消除x射线背底。

2，明场像与暗场像明场像：在电子显微镜中，用透过样品的非散射电子以及在物镜孔径角区域内的散射电子的电子束对样品所形成的像暗场像：在电子显微镜中，仅利用透过样品的散射电子束对样品所形成的像。

3，质厚衬度与衍射衬度以及原子序数衬度质量衬度：由于样品不同微区间存在原子序数或厚度的差异而形成的衍射衬度：由样品各衍射束强度差异形成的衬度。

影响因素主要是晶体取向和结构振幅原子序数衬度：由于试样表面物质原子序数或化学成分差别而引起的衬度4，wds与edsWds：波谱仪Eds：能谱仪能谱仪的优点有：分析速度快，灵敏度高，谱线重复性好。

缺点有：能量分辨率低，峰背比低。

工作条件要求严格。

波谱仪的优点有：波长分辨率很高。

5，二次电子与背散射电子二次电子成：在单电子激发过程中被入射电子轰击出来的核外电子背散射电子成：被固体样品原子反射回来的一部分入射电子5.1，二次电子像与背散射电子像答：二次电子象：是表面形貌衬度，它是利用对样品表面形貌变化敏感的物理信号作为调节信号得到的一种象衬度背散射电子像：背散射电子像的形成，就是因为样品表面上平均原子序数Z大的部位而形成较亮的区域，产生较强的背散射电子信号；而平均原子序数较低的部位则产生较少的背散射电子，在荧光屏上或照片上就是较暗的区域，这样就形成原子序数衬度。

6，物相定性分析与物相定量分析物相定性分析：鉴定试样中各种组成的构成，包括的元素、根或官能团等的分析。

物相定量分析：测定试样中各种组分(如元素、根或官能团等)含量的操作。

6.1，单晶衍射和多晶衍射单晶衍射：每一个斑点对应一个衍射面多晶衍射：每一个圆环是一系列等间距的衍射面问答部分7，扫描电子显微镜与透射电子显微镜异同答：相同之处：都是电真空设备，使用绝大部分部件原理相同，例如电子枪，磁透镜，各种控制原理，消象散，合轴等等。

材料研究分析方法XPS

材料研究分析方法XPSX射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）是一种广泛应用于材料研究和分析的表征技术。

它利用入射的X射线激发材料表面的电子，测量所产生的光电子的能量分布，从而确定样品的化学组成、元素状态和电子结构等信息。

本文将介绍XPS的基本原理、仪器及其应用。

XPS的基本原理是利用X射线激发材料表面的原子和分子，使其内层电子跃迁到外层，产生光电子。

这些光电子的动能与原子或分子的电子结构、化学环境和束缚能有关。

通过测量光电子的能谱，可以得到元素的化学状态、电荷状态和化学键的形式等信息。

XPS的实验装置一般包括X射线源、光学系统、电子能量分析器和探测器。

X射线源通常是基于一个X射线管，产生具有一定能量和强度的X射线。

光学系统将X射线聚焦到样品表面，同时也可以调节入射角度和区域。

电子能量分析器由能量选择器和探测器组成，能够分析光电子的能量分布。

探测器可以是多个位置灵敏的通道探测器，也可以是二维面探测器，用于测量光电子的能谱图像。

整个实验装置可以通过各种外围设备和计算机进行控制和数据处理。

XPS广泛应用于表面和界面的化学分析、薄膜和涂层的研究、材料的性能表征等领域。

在表面化学分析中，XPS可以用来确定元素的种类和含量，分析化学键的形式和强度，表征材料的化学性质和表面组成。

在薄膜和涂层研究中，XPS可以用来分析薄膜的厚度、界面的结构和反应机理，以及薄膜的成分和含量。

在材料性能表征中，XPS可以用来研究材料的电子结构、能带结构和载流子状态，了解材料的电子特性和导电机制。

XPS作为一种非接触性和表面敏感的表征技术，具有高分辨率、高灵敏度和高静态深度分辨能力等优点。

然而，XPS也有一些局限性，例如不能获取样品的化学状态和元素的价态，不能分析材料的体积成分等。

此外，XPS在样品准备和实验条件等方面要求较高，样品表面必须光滑且真空条件下进行测量。

总体而言，XPS是一种非常有用的表征技术，可以提供材料的表面和界面的化学信息，对于材料研究和分析具有重要的应用价值。

《XPS检测分析方法》PPT课件

X—射线光电子能谱
( X-ray Photoelectron Spectroscopy )
精选PPT
1
主要内容：
• XPS 的发展 • 基本概念 • XPS 的工作流程及原理 • 利用XPS谱图鉴别物质 • XPS的实验方法 • XPS谱图的解释步骤 • XPS 的特点
精选PPT
2
XPS 的发展：
•
EBF:电子结合能，电子脱离原子核及其它电子作
用所需的能量
•
ФS：逸出功（功函数），电子克服晶格内周边
பைடு நூலகம்
原子作用变成自由电子做需的能量。
•
Ek ：自由电子动能。
精选PPT
7
• 俄歇电子(Auger electron):当原子内层电子光致电
离而射出后，内层留下空穴，原子处于激发态，这种激发态离子要向低能态转化而发生弛豫，其方式可以通过辐射跃迁释放能量，波长在X射线区称为X射线荧光；或者通过非辐射跃迁使另一电子激发成自由电子，这种电子就称为俄歇电子。对其进行分析能得到样品原子种类方面的信息。
其过程为：
A+hν
(A+)*+e-(光电子)
A++ hν’(X荧光)
A2++e-(俄歇电子)
（原子序数Z<30的元素以发射俄歇电子为主）
精选PPT
两者只能选择其一
8
俄歇电子产生过程图解：
俄歇电子e-
hv(X-ray荧光)
Energy
处于激发态离子产生X-ray荧光过程
处于激发态离子产生俄歇电子的过程
• 自旋-轨道偶合引起的能级分裂，谱线分裂成双线（强度比），特别对于微量元素：

《现代分析XPS》课件

XPS未来的发展
1
技术发展趋势
展望XPS技术的未来，如高通量XPS、原位XPS和时间分辨XPS。
2
研究前景
探索XPS在不同领域的前景，如能源材料、纳米技术和生物医学诊断。
总结
1 优缺点总结
2 研究中的意义
总结XPS的优点和挑战，为科学家和研究人员提供全面的评估。
强调XPS在科学研究中的重要性，为解决实际问题提供有力支持。
3 应用前景
展望XPS在材料科学、化学和生物医学领域的广阔应用前景。
现代分析XPS PPT课件
介绍现代分析XPS的课件，深入浅出地介绍X射线光电子能谱（XPS）的原理、技术细节、应用以及未来的发展趋势。
简介
XPS是什么？为什么需要XPS？了解X射线光电子能谱的基本概念和它在材料研究、化学研究和生物医学研究中的重要性。
XPS基础
1 原理
深入探索XPS的原理，了解光子与材料之间的相互作用过程。
2 优点
发现XPS的优点，如高灵敏度、高分辨率和无需标记样品。
3 挑战
探讨XPS存在的挑战，如表面污染和杂质对信号的影响。
XPS技术细节
样品制备
详细介绍XPS样品制备的步骤和技术，确保获得准确和可重复的数据。
仪器特点
探讨XPS仪器的关键特点，如 X射线源、光电子能谱仪和能量分辨探测器。
数据处பைடு நூலகம்方法
介绍处理XPS数据的方法，包括能级校正、数据拟合和元素定量分析。
XPS在实验中的应用
材料研究
探索XPS在材料研究中的广泛应用，如表面分析、界面反应和薄膜研究。
化学研究
揭示XPS在化学研究中的重要性，如催化剂研究、化学反应动力学和表面电化学。

材料现代分析方法_1(XPS)

征，直接代表原子轨道能级

构成背底的有轫致辐射引起的光电子发射及非弹性散射电子
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
本底随束缚能增加而升高 S电子是单峰，p、d、f电子产生双峰
《材料现代分析方法》
化学位移

定义：当原子处于不同的环境时，其内层电子的束缚能发生变化，在XPS谱上表现为谱峰的相对于纯元素峰的位移，称为化学位移。引起化学位移的因素：
《材料现代分析方法》

可见，当入射X射线能量一定，测出功函数和电子的动能，即可求出电子的结合能。

由于只有表面处的光电子才能从固体中逸出，因而
测得的电子结合能必然反应了表面化学成份的情况。
这正是光电子能谱仪的基本测试原理。
《材料现代分析方法》
2. 逃逸深度（λm）

与俄歇电子相同，只有那些来自表面附近在逃逸深度以内的光电子才没有经过散射而损失能量，才对

《材料现代分析方法》
2. 粉体样品

粉体的两种制样方法：

用双面胶带直接把粉体固定在样品台上
把粉体样品压成薄片，再固定于样品台上

前者的优点是制样方便，样品用量少，预抽高真空时间短，缺点是可能会引进胶带的成分。在普通的实验过程中，一般采用胶带法制样。后者的优点是可在真空中对样品进行处理，如原位和反应等，其信号强度也要比胶带法高得多。缺点是样品用量太大，抽到超高真空的时间太长。
《材料现代分析方法》

《材料现代分析方法》
四、XPS定性分析
定性分析依据

XPS产生的光电子的结合能仅与元素种类以及所激
发的原子轨道有关。特定元素的特定轨道产生的光电子能量是固定的，依据其结合能可以标定元素；理论上可以分析除H，He以外的所有元素，并且是一次全分析。

现代材料分析方法(XPS)

N7 N6 N5 N4 N3 N2 N1 M5 M4 M3 M2 M1 L3 L2 L1 K
典型XPS谱
MOCVD制备的HgCdTe膜
典型XPS谱
Fe的清洁表面
XPS XPS中的化学位移化学位移
由于原子所处的化学环境不同而引起的内层电子结合能的变化，在谱图上表现为谱峰的位移，这一现象称为化学位移。化学位移的分析、测定，是 XPS 分析中的一
合能，并成功地应用于许多实际的化学体系。
Kai Seigbahn: Development of X-ray Photoelectron Spectroscopy
C. Nordling E. Sokolowski and K. Siegbahn, Phys. Rev. 1957, 105, 1676.
Ni 2P1/2线的高分辨XPS谱
XPS XPS分析总结

基本原理：光电效应基本组成：真空室、X射线源、电子能量分析器辅助组成：离子枪主要功能：成分分析、化学态分析

采谱方法：全谱、高分辨率谱
分析方法：定性分析、定量分析
XPS X射线光电子谱仪的能量校准

荷电效应
F 考虑荷电效应有： EK h EB SP ES
其中ES=VSe为荷电效应引起的能量位移，使得正常谱线向低动能端偏移，即所测结合能值偏高。
荷电效应还会使谱锋展宽、畸变，对分析结果产生一定的影响。
XPS X射线光电测试时用低能电子束中和试样表面的电荷，使Ec<0.1eV，这种方法一方面需要在设备上配置电子中和枪，另一方面荷电效应的消除要靠使用者的经验。荷电效应 -内标法在实验条件下，根据试样表面吸附或沉积元素谱线的结合能，测出表面荷电电势，然后确定其它元素的结合能。这种方法的缺点是对溅射处理后的样品不适用。另外，金可能会与某些材料反应，公布的C1s谱线的结合能也有一定的差异。

材料方法-第9章-表面分析技术-XPS(1)

（3）化学位移
化学位移的定义：
由于原子所处的化学环境不同（与之相结合的元素种类和数量以及原子的化学价态）而引起的内层电子结合能的变化。化学位移是判定原子化合态的重要依据，影响化学位移的因素有是原子的初态效应和终态效应。 • 初态效应根据原子中电子结合能的表达式EB = E(n-1) + E(n), E(n)表示原子初态能量，E(n-1)表示电离后原子的终态能量。因此，原子的初态和终态直接影响者电子结合能的大小。
MnF2中的Mn2+的电子组态为3s23p63d5，其状态光谱项为6S(S=5/2，L=0),含有五个未成对的3d电子。当3s轨道的电子被激发并发射电子后，存在两种可能的终态，即7S和5S态。其中5S态表示电离后剩下的一个3s电子与5个3d 电子自旋反平行。7S态表示电离后剩下的一个 3s电子与5个3d电子自旋平行。因为只有自旋平行的电子才存在交换作用，所以7S终态的能量低于5S终态的能量。
Fe2O3的全谱
三种化学环境下C1s峰 1=C-C,2=C-O,3=C-OH
（2）化学态分析
光电子谱线化学位移
Ti及TiO2中2p3/2峰的峰位及2p1/2和2p3/2之间的距离
S的2p峰在不同化学状态下的结合能值
俄歇谱线化学位移和俄歇参数：最尖锐的俄歇线动能减去最强的XPS光电子线动能所得到的动能差称为俄歇参数，即

N7 N6 N5 N4 N3 N2 N1
4f5/2 4f5/2 4d5/2 4d3/2 4p3/2 4p1/2 4s1/2
3d5/2 3d3/2 3p3/2 3p1/2 3s1/2 2p3/2 2p1/2 2s1/2 1s1/2

Mn2+离子的3s轨道电离时的两种终态

XPS原理及分析ppt课件

• 扫描时间长 • 通过能小 • 扫描步长小 • 扫描期间几十电子伏特内 • 以强光电子线为主 – 得到的是谱线的精细结构：
• 离子价态分析：
– 铜红玻璃与CuO不相似； – 铜红玻璃与CuCl相似
• 在给定壳层的能级上， l 电子能量略
– 磁量子数ml :决定电子云在空间的伸展方向(取向)；
• 给定l 后， ml 取+l 和-l 之间的任何整数， ml ＝l, l-1, …, 0, -1, …, - l ；
• 若l =0，则ml =0；若l =1，则ml =1,0,-1。
– 自旋量子数ms :表示电子绕其自身轴的旋转取向；与上述3个量子数无关。
A、光电子线最强的光电子线常常是谱图中强度最大、峰宽最小、对称性
最好的谱峰，称为xps的主线。每一种元素都有自己最强的、具有表征作用的光电子线，它是元素定性分析的主要依据。
Ti及TiO2中2p3/2峰的峰位及2p1/2和2p3/2之间的距离
B、俄歇线
– 原子中的一个内层电子光致电离射出后，内层留下一空穴，原子处于激发态。激发态离子要向低能转化而发生驰豫；驰豫通过辐射跃迁释放能量。
Co－Ni－Al多层磁带材料
耗时36h
XPS：应用
• 表面全元素分析（全谱）：
– 存在：Ti, O, Si, C;
– Si的来源，可能：
• 涂层太薄（<10nm） • 热处理使基体扩散
→涂层变薄
– C的来源，可能：
• 溶胶 • 谱仪油污染碳
二氧化钛涂层玻璃（溶胶－凝胶）
• 表面窄区谱分析：
– 分谱分析或高分辨谱分析 – 特点：
XPS：定性分析方法
• 首先标识那些总是出现的谱线，e.g. C1s, CKLL, O1s, OKLL, O2s, x射线卫星峰和能量损失线；

材料测试技术-XPS1

第四章电子能谱
根据激发源的不同，电子能谱又分为: 根据激发源的不同，电子能谱又分为: 射线光电子能谱( X射线光电子能谱(简称 XPS) (X-Ray Photoelectron Spectrometer) 紫外光电子能谱( 紫外光电子能谱(简称 UPS) (Ultraviolet Photoelectron Spectrometer) 俄歇电子能谱( 俄歇电子能谱(简称 AES) (Auger Electron Spectrometer) )
XPS XPS中的化学位移中的化学位移
化学位移的经验规律
同一周期内主族元素结合能位移随它们的化合价升高线性增加；价升高线性增加；而过渡金属元素的化学位移随化合价的变化出现相反规律。随化合价的变化出现相反规律。分子M中某原子的内层电子结合能位移量同分子中某原子A的内层电子结合能位移量同中某原子与它相结合的原子电负性之和ΣX有一定的线性与它相结合的原子电负性之和有一定的线性关系。关系。
XPS XPS中的化学位移中的化学位移
化学位移的经验规律
对少数系列化合物，核磁共振波谱仪) 对少数系列化合物，由NMR(核磁共振波谱仪核磁共振波谱仪和 Mossbauer谱仪测得的各自的特征位移量同谱仪测得的各自的特征位移量同 XPS测得的结合能位移量有一定的线性关系。测得的结合能位移量有一定的线性关系。测得的结合能位移量有一定的线性关系 XPS的化学位移同宏观热力学参数之间有一定的化学位移同宏观热力学参数之间有一定的联系。的联系。
§4.1
电子能谱的基本原理
能量关系可表示：能量关系可表示：
基本原理就是光电效应。基本原理就是光电效应。
hv = Eb + Ek + Er

现代材料分析方法

现代材料分析方法现代材料分析方法(XPS)是一种非常重要的材料表征技术。

它是通过电子能量的分析来研究材料表面化学组成和电子结构的方法。

XPS技术基于X射线的发射和吸收原理，能够提供有关材料的化学组成、表面态、元素价态等详细信息。

下面将从原理、仪器、应用等方面介绍现代材料分析方法(XPS)。

XPS技术是通过照射材料表面的X射线，使材料表面的原子和分子发生电离，进而产生电子。

这些电子具有不同的能量，并与材料表面原子的化学状态和电子结构有关。

通过测量这些电子的能量和数目，可以获得材料表面的化学组成和电子结构信息。

XPS仪器主要由以下几个部分组成：X射线源、样品台、电子能谱仪和数据系统。

X射线源主要通过产生X射线照射样品表面，激发电子发生电离。

样品台用于支撑和定位样品，通常可旋转和倾斜以改变入射角度。

电子能谱仪用于测量样品发射的电子能量和数目，通常由电子能谱仪和能量分辨仪组成。

数据系统则用于处理和分析测量到的电子能谱数据。

XPS技术在材料科学领域有广泛的应用。

首先，它可以用于表面分析，可以非常详细地了解材料表面的化学组成和电子结构。

这对于材料的表面改性和催化活性等研究具有重要意义。

其次，XPS还可以用于界面分析，如材料与环境中气体或液体接触时的界面反应研究。

此外，XPS还可以用于研究材料的电子结构和能带结构，以及了解材料的导电性和光电性能等。

总结起来，现代材料分析方法(XPS)是一种非常重要的材料表征技术。

它能够提供材料表面的化学组成和电子结构等详细信息。

XPS技术在表面分析、界面分析、材料电子结构研究等方面具有广泛的应用。

随着科技的发展，XPS技术也在不断进步，为材料科学的发展和应用提供了强大的支持。

《XPS分析价态》课件

读。
03
XPS价态分析实例
金属氧化物的价态分析
总结词
金属氧化物的价态分析是XPS应用的重要领域之一，通过XPS分析可以确定金属氧化物的元素组成和化学态。
详细描述
XPS技术可以检测到金属氧化物中金属元素和氧元素的电子结构和化学键合状态，从而确定金属氧化物的价态。例如，铁的氧化物Fe2O3和Fe3O4的价态可以通过XPS分析得到准确鉴定。
半导体材料的价态分析
总结词
半导体材料的价态分析是XPS在材料科学领域的重要应用之一，通过XPS分析可以了解半导体的电子结构和能带结构。
VS
详细描述
XPS技术可以检测到半导体材料中元素组成和化学态，从而确定半导体的价态和能带结构。例如，硅和锗的价态可以通过 XPS分析得到准确鉴定，这对于研究半导体的光电性能和电子传输特性具有重要意义。
XPS技术的发展经历了多个阶段，包括从早期的单色光源到现在的多色光源，从早期的单能分析到现在的宽范围能谱分析等。随着技术的不断进步，XPS的分辨率和灵敏度也在不断提高，使得该技术在更多领域得到应用。
02
XPS价态分析方法
价态分析的基本概念
价态分析
通过对物质表面元素不同化学环境下的电子结构进行分析，研究元素在特定环境下的化学状态。
实验操作
将样品置于X射线源下，记录不同元素在不同化学环境下的电子结合能数据。
价态分析的解析方法
谱峰拟合
01
对实验获得的谱峰进行拟合，分离出不同化学环境下的元素信
号。
化学位移计算
02
根据实验数据计算元素的化学位移，并对比标准数据进行价态
判断。
结果解读
03
结合实验数据和化学位移计算结果，对元素价态进行分析和解

材料研究分析方法XPS

氟起到初级取代和次级取代作用，对于用氟简单取代一个氢，初级位移为2.9eV左右，次级位移为0.7eV左右
。 -CH2 285eV,-CF 288.5eV,-CF2 291.6eV,-CF3
293.7eV, CF2 -CF =3.1eV ;CF3 -CF2 =2.1eV
化学位移
氟聚合物的C1s谱
假定样品的表面层在100埃～200埃（1埃=10-10m）深度内是均匀的，则其强度I（每秒钟所检测的光电子数）由下式给出
I =nfσφγATλ n——原子数/cm3 f——X射线通量（光子/cm2 · s）
σ——光电离截面（cm2） φ ——与X射线和出射光电子的夹角有关的因子 γ——光电子产率（光电子/光子） А——采样面积（cm2） Т——检测系数 λ——光电子的平均自由程（cm）
• 根据样品中各单质元素及化合物的XPS结合能的特征峰位、峰形, 对照结合能标准手册,确定单质元素及化合物的表面化学状态、化学结构;
• 例如: SnO2薄膜的XPS窄扫描C1s及Sn3d5/2谱图,经曲线拟合分峰, C1s=285.2eV 、Sn3d5/2=487.6eV,由于荷电效应，实际测得污染碳C1s=285.2eV和标准的污染碳C1s284.8eV相差 0.4eV，那么真实的Sn3d5/2特征峰的结合能 Sn3d5/2=487.6eV-0.4eV=487.2eV
• MgKαX射线能量1253.6eV • A1KαX射线能量1486.6eV • 激发源功率：200W～400W
X-ray激发源结构图
进样室
观察显微镜
样品调整台
工作示意图
E k=h-E b-Φ
式中E k为光电子动能，h 为激发光能量，E b是固体中电子结合能，Φ为逸出功