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学院工程与计算

x射线光电子能谱学

工程与计算学院维护着x射线光电子能谱(XPS)中心,可以供大学的研究人员或行业外的客户使用。该中心还拥有二次离子质谱分析能力。

什么是XPS?

x射线光电子能谱,也被称为化学分析电子能谱(ESCA),提供了从锂到铀元素样品表面顶部原子层的定量成分信息。该中心还可以获得有关任何元素的化学状态的信息。

XPS用于分析材料经过某些化学或物理处理后的表面化学变化,例如:

  • 浸出;
  • 减少;
  • 骨折;
  • 在空气或特高压中切割或刮擦,暴露大块化学物质;
  • 离子束蚀刻可以清除一些表面污染;
  • 研究受热后因受热而发生的变化;
  • 暴露于反应性气体或溶液中;
  • 离子束植入暴露;
  • 以及暴露在紫外线下。

测量方法

样品用一束单色软x射线照射。样品中的原子产生光电子发射。这些电子的动能与它们起源的原子和轨道有关。然后用电子能谱仪直接测量样品动能的分布。

同一元素的原子在不同化学环境中的原子轨道被发现具有略微不同的(但可测量的)结合能。这些“化学位移”的产生是由于核心电子在价电子和传导电子被吸引到特定原子或远离特定原子时所经历的静电屏蔽的变化。不同的氧化态、分子环境和配位数都有不同的化学位移。

因此,光电子结合能的变化是化学信息的主要来源。值得注意的是,这些偏移可能非常小,只能使用高性能仪器和合适的软件来检测,例如我们的Kratos Axis Ultra DLD仪器,配备了单色Al Ka x射线源和半球形分析仪。

西姆斯的能力

SIMS是二次离子质谱法的缩写。高能初级离子束聚焦在材料表面进行轰击。撞击会破坏表面结构,产生中性物质、电子和从表面喷射出来的离子(次级离子)。分析二次离子可以提供表面化学成分信息。SIMS是最灵敏的材料表征技术,检测限从百万分之一到十亿分之一。SIMS最重要的应用是对材料进行深度分析(也称为动态模拟)。在南加州大学,我们的模拟人生能力直接连接到XPS系统。


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