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Röntgenphotoelektronenspektroskopie

Überblick

Quelle: Faisal Alamgir, School of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA

Die Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) ist eine Technik, die die Elementarzusammensetzung, die empirische Formel, den chemischen Zustand und den elektronischen Zustand der Elemente misst, die in einem Material vorhanden sind. XPS-Spektren werden durch Bestrahlung eines Materials mit einem Röntgenstrahl gewonnen und gleichzeitig die kinetische Energie und die Anzahl der Elektronen gemessen, die aus der Oberseite mehrere Nanometer des analysierten Materials entweichen (innerhalb der oberen 10 nm, für typische kinetische Energien der Elektronen). Da die Signalelektronen überwiegend aus den ersten Nanometern des Materials entweichen, gilt XPS als Oberflächenanalytiktechnik.

Die Entdeckung und Anwendung der physikalischen Prinzipien hinter XPS oder, wie es früher genannt wurde, Elektronenspektroskopie für chemische Analyse (ESCA), führte zu zwei Nobelpreisen in physikalischer Physik. Die erste wurde 1921 an Albert Einstein für seine Erklärung des photoelektrischen Effekts im Jahr 1905 verliehen. Der photoelektrische Effekt untermauert den Prozess, durch den Signal in XPS erzeugt wird. Wenig später entwickelte Kai Siegbahn ESCA auf der Grundlage einiger der frühen Werke von Innes, Moseley, Rawlinson und Robinson und nahm 1954 das erste hochenergetische XPS-Spektrum von NaCl auf. Eine weitere Demonstration der Macht von ESCA/XPS für die chemische Analyse, zusammen mit der Entwicklung der zugehörigen Instrumentierung für die Technik, führte 1969 zum ersten kommerziellen monochromatischen XPS-Instrument und 1981 zum Nobelpreis für Physik an Siegbahn in Anerkennung seiner umfangreichen Bemühungen, die Technik als Analyseinstrument zu entwickeln.

Verfahren

Das folgende Verfahren gilt für ein bestimmtes XPS-Instrument und die zugehörige Software, und es kann einige Variationen geben, wenn andere Instrumente verwendet werden.

  1. Die Probe ist ein dünner Film von Pt (3 atomare Schichten dick) auf einer einzigen Schicht von Graphen gewachsen, die auf einem kommerziellen Kieselsäure (SiO2) Glasrutsche unterstützt wird. Das Graphen (das ist eine einzige Kohlenstoffschicht) wurde auf Cu angebaut und dann auf das Glassubstrat übertragen. Die Pt-Atomschichten wu

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Ergebnisse

Abbildung 1 zeigt ein Erhebungsspektrum aus der Stichprobe, das die Pt-, Si-, C- und O-Emissionen deutlich zeigt. In Abbildung 2sehen wir den hochauflösenden Scan der Pt 4f7/2 und 4f5/2 Peaks aus der Probe. Die Bindungsenergien der einzelnen Kernpegelspitzen können mit denen in Datenbanken verglichen werden, wie sie vom National Institute of Standards and Technology (NIST) (bei https://srdata.nist.gov/xps/..

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Anwendung und Zusammenfassung

XPS ist eine oberflächenchemische Analysetechnik, die im Bereich der Proben vielseitig einsetzbar ist. Die Technik liefert quantifizierbare chemische Zusammensetzung, chemischen Zustand und die besetzte elektronische Struktur der Atome innerhalb eines Materials.

XPS liefert elementare Zusammensetzung der Oberfläche (in der Regel innerhalb von 1-10 nm), und kann verwendet werden, um die empirische Formel der Oberflächenverbindungen, die Identität von Elementen, die eine Oberfläche kontamin...

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Tags
X ray Photoelectron SpectroscopyXPSSurface ChemistryNon destructive TechniqueMaterial AnalysisX ray EnergyCore Shell ElectronBinding EnergiesChemical CompositionState Of The MaterialXPS SpectrumPhoton AbsorptionWork FunctionPhotoelectronsX ray SourcesAluminum K Alpha

pringen zu...

0:08

Overview

1:01

Principles of X-Ray Photoelectron Spectroscopy

3:01

Loading a Sample for Study

5:06

Collecting an XPS Spectrum

7:14

Results

7:48

Applications

8:52

Summary

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