نحوه انجام آنالیز XPS
در تکنیک XPS، سطح نمونه با پرتوی X بمباران می شود و بعد از انتقال مستقیم انرژی به الکترون های اتم های ماده، الکترون ها از اتم های سطح به بیرون پرتاب می شوند. سپس انرژی این الکترون ها اندازه گیری شده و عناصر ساطع کننده (به جز هیدروژن و هلیوم) با استفاده از مشخصات انرژی الکترون ها شناسایی می شوند. انرژی فوتوالکترون های خارج شده در اثر برخورد فوتون پرتو ایکس با انرژی hv از معادله زیر بدست می آید:
Ek= hv – Eb
درجاییکه Ek انرژی جنبشی فوتوالکترون خروجی و Eb انرژی پیوندی الکترون در مدار مربوطه است. آنچه در دستگاه XPS اندازه گیری می شود مقدار Ek است و طبق رابطه بالا تعیین می شود. به طور کلی دستگاه آنالیز XPS برای آنالیز ترکیبات معدنی، آلیاژهای فلزی، نیمه هادی ها، پلیمرها، عناصر کاتالیست ها، شیشه ها، سرامیک ها، رنگ ها، ورقه ها، جوهرها، گیاهان، ترکیبات، دندان ها، ایمپلنت های بهداشتی، بیوموادها، روغن های ویسکوز، چسب ها، مواد اصلاح شده ی یونی و بسیاری موارد دیگر به کار می رود.
آماده سازی نمونه برای آنالیز XPS
نمونه هایی که با استفاده از روش XPS مطالعه می شوند، به صورت لایه ی نازک یا ساختارهای چندلایه ای آماده می شوند که برای ساخت آن ها روش هایی مانند رسوب فیزیکی بخار ، کندوپاش و رسوب لایه اتمی به کار گرفته می شود. آنالیز XPS اطلاعات اتمی تا ۱۰ لایه سطحی را نشان می دهد.
برای آزمون XPS لازم است نمونه های پودری در محدوده ۱۰ میلی گرم باشد و نمونه های بالک دارای ابعادی در محدوده حداقل ۰.۵*۰.۵ سانتی متر و حداکثر ۱.۵ *۱.۵ سانتی متر و دارای ضخامت کمتر از ۵ میلی متر باشد.
کاربردهای روش XPS
از کاربردهای آنالیز XPS می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- شناسایی عناصر روی سطح (فاصله ۱۰ نانومتر) و مقدار آنها برای تمامی سطوح بجز هیدروژن و هلیم
- شناسایی فرمول تجربی
- شناسایی حالت شیمیایی و الکترونی هر عنصر روی سطح
- تعیین حالت های اکسیداسیون اتم های فلزی در لایه های سطحی اکسید فلزی
- شناسایی ناخالصی های روی سطح
- پروفایل های ترکیبی توزیع عنصری در فیلم های لایه های نازک
- آنالیز سطح مواد آلی و غیر آلی، رنگ ها و پسماندها
- تعیین ضخامت لایه ها
شکل 1: شماتیک از نحوه آنالیز XPS
