第4章成分和价键分析综述.ppt

材料现代分析方法;4.1 成分和价键分析的共同原理;;;;;;;;（3）x光谱的分析仪器分为能谱仪(EDS)和波谱仪(WDS)两种。能谱仪具有速度快，灵敏度高，比波谱仪高一个数量级；结构紧凑，稳定性好，对样品表面发射点的位置没有严格的限制，适合于粗糙表面的分析工作。波谱仪能量分辨率较高．为5~10eV。;;4.3 X射线光电子能谱分析;;;hν + A → A*+ + e-;;;;;; 3、常见元素各轨道的电子结合能，它是XPS定性分析的依据。 例：溶胶-凝胶法在玻璃表面制备二氧化钛涂层，然后经过一定条件的热处理后XPS全分析图例;（五）XPS信息深度 1、具有特征能量的光电子在穿过固体表面层时，其强度衰减服从指数规律。 dI＝－I0dt/λ（Ek） λ（Ek）是一个常数，与电子的动能Ek有关，光电子非弹性散射自由程或电子逸出深度 I（t）＝I0exp[-t/λ（Ek）] 一般3 λ（Ek）-电子能谱信息深度，即：XPS 分析深度。 光电子沿着与固体表面法线成θ角并指向固体 外部方向输运，则可认为深度超过 3 λ（Ek）cosθ处产生的光电子，就不能使其 能量无损地到达表面，然后逸出。;;;例：化合物三氟醋酸乙酯 XPS谱图 碳所处的化学环境不同，产生化学位移，谱图上显示出各自不同的结合能 ;;;4.2光电子能谱实验技术;工作原理 ;;（二）待测样品制备方法;;;2、XPS光电子线及伴线（1）光电子线（2）俄歇线 与卫星峰;;;;;（5）能量损失谱线;（6）鬼线 阳极靶材料不纯，含有微量杂质，X射线不仅来自阳极靶材料元素，而且还来自阳极靶材料中杂质元素。 X射线源窗口材料-Al箔，甚至是样品材料中组成元素 杂质元素X射线同样激发出光电子。;;五、XPS谱图定性和定量分析 1、XPS谱图元素定性分析;例：Ni80P20合金表面Ni的2P3/2、O的1S以及P的2P XPS图谱。;;;2．定量分析 （1）应用最广的是元素(原子)灵敏度因子法。 （2）单相、均一、无限厚的固体表面，谱线强度： I＝ f0 ρ A0 Q λe φ y D f0-X射线强度（光子数· cm-2· s）； ρ-被测元素原子密度（原子数· cm-3）； Q-待测谱线对应轨道的光电离截面（cm2）； A0-被测试样有效面积，cm2；λe-试样中电子的逸出深度，cm； Φ-考虑入射光和出射光电子间夹角变化影响的校正因子； y-形成特定能量光电过程效率； D-能量分析器对发射电子的检测效率。 ;;（5）谱线强度的确定 ;二、元素窄区谱分析;三、XPS表面全分析 （一）表面元素全分析;三、化学结构分析;;-CeH2-CfCl2- ;化合物中碳分别处于两种不同的化学环境中(一种是苯环上的碳，一种是羧基碳)，因而它们的C1s谱是两条分开的峰。 谱图中两峰强度比4:6、2:6和1:6恰好符合3种化合物中羧基碳和苯环碳的比例。由此种比例可以估计苯环上取代基的数目，从而确定其结构;与聚乙烯相比，聚氟乙烯C1s对应于不同的基团-CFH-与-CH2-成为两个部分分开且等面积的峰。;4.4 俄歇电子能谱（ AES ）; AES的特点;(一） AES原理 1、俄歇电子的产生： 外来激发源与原子发生相互作用，把内层轨道（W轨道）上的一个电子激发出去，形成一个空穴。 外层（X轨道）的一个电子填充到内层空穴上，产生一个能量释放， 促使次外层（Y轨道）的电子激发发射出来而变成自由的俄歇电子。 ;;;;2、激发电压 在俄歇电子激发过程中，一般采用较高能量的电子束作为激发源。在常规分析时，电子束加速电压一般采用3keV。这样几乎所有元素都可以激发出特征俄歇电子。但在实际分析中，为了减少电子束对样品损伤或降低样品的荷电效应，也可以采取更低的激发能。 有些元素，由于特征俄歇电子能量较高，一般可采用较高的激发源能量如5keV。在进行高空间分辨率的微区分析时，为了保证具有足够的空间分辨率，也常用10keV以上的激发能量。 元素的灵敏度因子是随激发源的能量而变的，而一般手册能提供的元素灵敏度因子均是在3.0keV, 5.0 keV和10.0 keV的数据。 在选择激发源能量时，必须考虑电离截面，电子损伤，能量分辨率以及空间分辨率等因素，视具体情况而定 。;;(4)俄歇电子产额与原子序数的关系 由图得出： Z≤14，KLL Z＞14，LMM Z≥42，MNN和MNO;;; 1、利用俄歇电子能谱法进行分析研究的仪器。包括：分析室、样品台、电子枪、