C1s结合能对C元素来讲.PPT

10.7、在腐蚀科学中的应用 吸附、分凝、气体—表面反应、氧化、钝化。电子能谱是研究各种镀层、涂层和表面处理层(钝化层、保护层等)的最有效手段，广泛应用于金属、高分子、石油工业、船舶等材料的表面处理, 金属或聚合物的淀积、防腐蚀、抗磨、断裂等方面的分析和研究。 【例】不锈钢材料分析 (i) 元素分析：不锈钢一般由Fe，Cr，Ni，Mo，Si等合金元素组成。 定性分析：全谱扫描（1—1000eV），可确定表面主要元素组成。 定量分析：对各元素特征峰作窄区扫描，通过定量计算，可给出表面各元素的相对含量。 (ii) 不锈钢氧化膜中元素价态分析 通过元素的特征峰的化学位移的大小，在一定条件下可推知其化学价态。 例如，Cr18Ni14.3Mo25不锈钢在500?C空气中氧化0.5、5分钟后的XPS谱图为(Cr2p3/2,O1s) (iii) 不锈钢耐腐蚀机理的研究 不锈钢经钝化处理后，表面膜主要以Cr的氧化物(Cr2O3)为主。XPS表明这层Cr2O3膜并非抗腐蚀的决定性条件，Mo的加入，一方面使钝化膜中Cr保持一定富集水平，另一方面抑制了过渡层的贫Cr。看来抑制过渡层的贫Cr可使被侵蚀的表面膜及时得到补充修复是耐腐蚀的充分条件。 金属表面与环境的相互作用可能形成一层钝化覆盖层，XPS能将金属和金属氧化物区分开来，鉴定钝化膜。揭示多种价态化合物。 过渡金属化合物常出现损失峰结构特征，分析较为困难。 铁的分析中需要能区分Fe(II)和Fe(III)。 Fe 2p3/2峰的曲线拟合。 (a)Fe(III)和(b)Fe(II)的震激峰(S)提供了化学态指认的有价值帮助。 10.8、薄膜材料分析与研究 如LB膜、光学膜、磁性膜、超导膜、钝化膜、太阳能电池薄膜等表面的化学成分和价态是否如我们所预期的, 层间物质扩散情况，膜的厚度, 是否含有其他杂质，膜的均匀性如何等。 XPS和AES的深度剖析方法在此领域有重要的应用。 ARXPS成功应用于超薄层薄膜研究中。 建筑玻璃镀层(Coating)的深度剖析 【例】XPS depth profile of multilayer Ni/Cr/CrO/Ni/Cr/Si * XPS分析总结 物理基础：光电效应、俄歇效应 仪器组成：真空室、X射线源、电子能量分析器 辅助附件：离子枪、电子中和枪 主要功能：元素成分分析、化学态分析 采谱方法：全谱(survey)、高分辨率谱 分析方法：定性分析、定量分析、深度剖析 样品材料：固体（块材、薄膜、粉末、纤维丝） * XPS/AES 表面分析 （＜10ｎｍ） 深度剖析 定性分析 定量分析 元素成分分析 元素化学态分析 损伤深度剖析 非损伤深度剖析 化学成像 思考题 电子能谱有哪些主要的应用？能够得到哪些有用的物理和化学信息？ * * * * * 第10章 在材料科学中的应用 聚合物材料分析 催化剂及其性能研究 合金材料中杂质的扩散 微电子器件的失效分析 在材料物理学中的应用 在材料化学中的应用 在腐蚀科学中的应用 薄膜材料分析和研究 由于XPS谱能提供材料表面丰富的物理、化学信息，所以它在凝聚态物理学、电子结构的基本研究、薄膜分析、半导体研究和技术、分凝和表面迁移研究、分子吸附和脱附研究、化学研究（化学态分析）、电子结构和化学键（分子结构）研究、异相催化、腐蚀和钝化研究、分子生物学、材料科学、环境生态学等学科领域都有广泛应用。它可提供的信息有样品的组分、化学态、表面吸附、表面态、表面价电子结构、原子和分子的化学结构、化学键合情况等。 10.1、聚合物材料分析 有机化合物与聚合物及生物材料主要由C、H、O、N、S、P、卤素和其它一些金属等元素组成的各种官能团构成，因此就必须能够对这些官能团进行定性和定量的分析和鉴别。 (1) C1s结合能 对C元素来讲，与自身成键(C?C)或与H成键(C?H)时C1s电子的结合能约为284.6eV。(常作为结合能参考） 当用O原子来置换掉H原子后，对每一C?O键均可引起C1s电子结合能有约1.5?0.2eV的化学位移。C?O?X中X(除X=NO2 外)的次级影响一般较小(?0.4eV)；X=NO2 可产生0.9eV的附加位移。 O的次级影响（C-C-O）一般较小(～0.2eV)。 卤素元素诱导向高结合能的位移可分为初级取代效应(即直接接在C原子上)和次级取代效应(在近邻C原子上)俩部分。对每一取代这些位移约为: 卤素 初级位移(eV) 次级位移(eV) F 2.9 0.7 Cl 1.5 0.3 Br 1.0 0.2 表2：有机物样品的典型C 1s结合能值 化学环境 官能团 结合能(eV) Hydrocarbon(芳香碳), 石墨 C?H, C?C 284.6 Hydrocarbon(脂肪碳) C?H,