纳米材料分析方法大全(ppt 42页)

X射线光电子能谱：
7. 伴线 能量损失谱线
由于光电子在穿过样品表面时同原子（或分子）之间发生 非弹性碰撞损失能量后在谱图上出现的伴峰。 特征能量损失的大小同所分析的样品有关，其能量损失峰 的强度取决于样品的特性和穿过样品的电子动能。 在气相中，能量损失谱线是以分立峰的形式出现，其强度 与样品气体分压有关；金属，通常在光电子主峰的低动能 端5-20eV处可观察到主要损失峰；半导体，通常看到的是 一个拖着长尾巴的拖尾峰。
谱仪的稳定性是指谱峰位置的重现性及半 峰宽和峰面的重现性。
X射线光电子能谱：
X-Ray Photoelectron Spectroscopy；XPS
1. 原 理-光电效应
X射线光子的能量在1000～1500ev之间， 不仅可使分子的价电子电离而且也可以把内 层电子激发出来，内层电子的能级受分子环 境的影响很小。 同一原子的内层电子结合能 在不同分子中相差很小，故它是特征的。
纳米材料分析方法总结
纳米材料分析方法
X射线光电子能谱 X射线和X射线光谱分析 X射线衍射分析 隧道扫描电镜 SEM TEM 振动光谱技术 纳米材料的颗粒度分析 AFM 俄歇电子能谱
电子能谱
电子能谱是探测样品在入射粒子作用下发射出 来的电子，分析这些电子所带有的信息（例如 能量、强度、角分布等），从而了解样品的组 成及原子和分子电子结构的一门科学。
X射线光电子能谱：
7. 伴线 在XPS谱图中，伴线的来源主要有六类：
振离（shake-off） 振激（shake-up） 能量损失（Energy loss） X射线伴线（X-ray satellites） 多重分裂（Multiplex splitting） 俄歇电子（Auger electron）
同步辐射加速器产生的同步辐射：强度高、光子 能量和波长连续可调、角分布好，是偏振光
电子能谱仪——光源
电子能谱常用光源
电子能谱仪-X射线源
X射线的产生 X射线源主要由
灯丝和阳极靶 构成 在灯丝和阳极 靶之间加一个 栅极使电子束 偏转聚焦。
电子能谱仪-X射线源
X射线源的结构 X射线源中的灯丝、阳极靶的大小和形状以
及它们的相对位置有各种不同的设计、安 排。 环形阳极结构形式有助于提高谱仪的灵敏 度。
电子能谱仪-X射线源
X射线单色化 使用弯曲晶体，使来自X射线源的光线产生
衍射和“聚焦”。 只有满足布拉格衍射定律的那些X射线才能
被发射并聚焦在样品表面上。
单色化后不仅能降低谱线宽度和提高分辨率，而且还 能滤掉X射线的伴线（如Kα1）和韧致辐射（即X射线 连续谱）。 单色化可以大大减少伴峰的干扰、降低本底、改善信 噪比。
用光束激发样品的过程可以表示为：
式中M为中性分子或原子，M+*为处于激发态 的离子，hν为入射光子，e-为射出的光电子。
电子能谱
测试的基本过程
由光源（X射线管、真空紫外灯或同步辐射 源）产生的单能光束照射样品，使原子（或 分子）（M）中的电子（ hν ）受激而发射 出来；
再用能量分析器测量这些电子e-的能量分布；
多通道检测器是由多个微型单通道电子倍 增器组合在一起而制成的一种大面积检测 器，也称位敏检测器或多阵列检测器。
电子能谱仪-灵敏度和分辨率
评价一台谱仪性能好坏，主要从谱仪的分 辨率、灵敏度、稳定性和多用性等方面来 考虑。
对于任何一台能谱仪来说，上述性能指标 总是相互制约的。
例如，分辨率的提高通常伴随着灵敏度的 下降，反过来也一样。
电子能谱仪—电子能量分析器
测量电子能量分布的一种装置。 作用是探测样品发射出来的不同能量电子的相
对强度。 式可分为：半球形分析器和筒镜
分析器。
两个同心半球面组成， 外球面加负电位，内球面加正电位。
电子能谱仪—检测器
电通道电子倍增器和多通道检测器。
光子入射到固体表面激发出光电子，利 用能量分析器对光电子进行分析的实验技术 称为光电子能谱。
X射线光电子能谱：
2. The K.E. of the emitted electrons is dependent on:
Incident energy Instrument work function Element binding energy
电子能谱仪-分辨率（R）
由下述因素决定： 激发射线的固有宽度 发射光电子的能级本征宽度 电子能量分析器的分辨本领 分辨率有绝对分辨率和相对分辨率两种表示
方法。 绝对分辨率指光电子谱峰的半宽度，即峰
高一半处的宽度。 相对分辨率为：
电子能谱仪
灵敏度（s）即谱峰的强度，通常用每秒的 脉冲数来表示。
X射线光电子能谱：
8. 伴峰的鉴别
XPS谱图与IR，NMR等相比，比较直观、简单、容易识别， 但是要正确识别谱图，仍必须根据各谱峰的位置、形状、 强度以及谱峰之间的能量间距等来判断各谱峰是哪种过程 产生的，是属于哪一类谱线。 光电子峰：
最强光电子峰（主峰）一般比较对称，半宽度最窄。 纯金属样品的谱峰为非对称。 绝缘体的半峰宽比导体样品的半峰宽约宽0.5eV。
X射线光电子能谱：
7. 伴线 振离
是一种多重电离过程（亦称作单极电离）。 当原子的一个内层电子被X射线光电离而发射时，由 于原子的有效电荷的突然变化，导致一个外层电子激 发到连续区。 其结果是在谱图主峰的低动能端出现平滑的连续谱。 而连续谱的高动能端又有一陡限，此限同主峰之间的 能量差等于带有一个内层空穴离子基态的电离电位。
在X-Y记录仪上就得到Y轴表示强度，X轴 表示能量的电子能谱图。
电子能谱仪-主要部件
激发电子的光源 分析电子能量的分析器 检测电子的检测器 真空系统
电子能谱仪——光源
通常采用的激发源有三种： X射线源 真空紫外灯 电子枪
最理想的光源应该是一个能量连续可调的、强度 高、单色性好的光源。
电子能谱分类
俄歇电子能谱（AES） 电子碰撞能谱（EIS） 电子碰撞能力损失谱（ELS） 彭宁电离能谱（PIS） 自由离电子能谱 离子中和能谱
电子能谱仪
三部分： 电子的产生 电子的能量分析 电子的探测
三部分都必须在高真空条件工作。
电子能谱仪—原理
由光源产生的特征X射线进入样品室照射到 样品上，样品原子或分子中的电子被电离 而射出。
X射线光电子能谱：
6. 化学位移 指原子的内层电子结合能随原子周围化学环
境变化的现象。
三氟化乙酸乙脂中四个不同C原子的C1s谱线。
X射线光电子能谱：
6. 化学位移——起因及规律
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。
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。
X射线光电子能谱：
8. 伴峰的鉴别
俄歇电子峰： XPS谱图中俄歇电子峰有两个特征： 俄歇电子的能量同激发源能量无关； 俄歇峰是以谱线群的形式出现，从谱图中很容易识别。 振激和振离峰 振离峰以平滑的连续谱形式出现在光电子主峰的低动能一 边，连续谱的高动能端有一陡限。 振激峰也是出现在光电子主峰的低动能端，通常比光电子 主峰的结合能高几个电子伏特。 一条主要光电子谱线可能有几条振激伴线。
X射线光电子能谱：
7. 伴线 X射线伴线产生的伴峰
通常使用Mg，AlX射线源激发样品 在特征X射线中，除了Kα1主线外还包含有其他KX射线伴 线，它们是由多重电离原子内的类似跃迁和从M壳层到1s 跃迁产生的。
X射线光电子能谱：
7. 伴线 多重分裂
一般发生在基态有未成对电子的原子中。 过渡金属具有未充满的d轨道，稀土和锕系元素具有未充 满的f轨道，所以在这些元素的XPS能谱图中往往出现多 重分裂。
得到以被测电子的动能（或结合能）为横坐 标，以电子计数率为纵坐标的电子能谱图；
分析能谱，就能得到样品中原子或分子的有 关信息。
电子能谱分类
根据激发源的不同，可分为： （真空）紫外光电子能谱（UPS） 外壳层光电子能谱（PESOS） 分子光电子能谱（MPS） X射线光电子能谱（XPS） 化学分析光电子能谱（ESCA） 内壳层光电子能谱（PESIS）
样品表面发射的电子进入能量分析器按能 量高低被“色散”开，相同能量的电子被 聚焦到分析器出口狭缝由检测器接收。
检测器输出的脉冲信号经放大输入记录控 制系统，最后输送到X-Y记录仪Y轴驱动器 上。
电子能谱仪—原理
对电子能量的扫描，由连续地或步进地控 制分析器电压的变化来实现。
此扫描电压同时输送到X-Y记录仪X轴驱动 器上。
作为结合能零点校准的标准试样，Ni, Pt, Pd是比较合 适的材料。
X射线光电子能谱：
5.电子能级
原子中单个电子的运动状态可以用量子数n，l，ml，ms来描
述。 n为主量子数，每个电子的能量主要（并非完全）取决于
主量子数，n越大，能量越高。在一个原子内，具有相同n 值的电子处于相同的电子壳层。 l为角量子数，它决定电子云的几何形状，不同的l值将原 子内的电子壳层分为几个亚层，即能级。 ml为磁量子数，它决定电子云在空间伸展的方向（即取向） ms为自旋量子数，它表示电子绕其自身轴得旋转取向。 +1/2或- 1/2
X射线光电子能谱：
3. X射线光电子能谱图： 将分子中的电离能或电子结合能的负
值作为横坐标，单位时间内发射出的光电 子数作为纵坐标，所得图谱称为光电子能 谱。
X射线光电子能谱：
4.能量定标 调节定标电位器，使加在分析器上的电压
和能量读数之间的比例系数为一。 通过观测某些样品的Fermi能级可用来校正
结合能零点。 常用的定标方法：