آنالیز XPS یکی از تکنیک های مورد استفاده برای آنالیز سطح مواد است این روش با برخورد اشعه ایکس به ماده الکترون های موجود در مدار های الکترونیکی از سطح ماده خارج شده و انرژی آنها اندازه گیری می شود و پس از آن می توان ترکیب شیمیایی و عناصر هسته ماده را مورد بررسی قرار داد.
از آنجایی که الکترون های خارج شده از مدارهای الکترونیکی ماده انرژی بالایی ندارند بنابراین فقط می توانند از سطح ماده خارج شوند و چنانچه این الکترون ها در عمق ماده تشکیل شوند به دلیل برخورد با الکترون های دیگر و اتم های ماده شانس خروج از سطح نمونه را پیدا نمی کنند ،
در واقع XPS یا طیف سنجی فوتو الکترون اشعه ایکس از روش های آنالیز حساس به سبک هست که با تاباندن پرتو ایکس به سطح ماده الکترون های ماده را از مدارهای سطح ماده خارج شده و با اندازه گیری الکترون های خارج شده از سطح ماده عناصر موجود در آنها را شناسایی میکند. در این روش تنها امکان شناسایی مواد موجود در ۵۰ آنگسترومی سطح فراهم است.
کاربرد های آنالیز XPS
برای شناسایی عناصر و پیوندهای آن از آنالیز XPS تا حدود ۱۰ نانومتری استفاده می شود. از آنالیز XPS در زمینه مشخصه یابی سطح مواد می باشد. البته قابل توجه است که از این آنالیز برای شناسایی هیدروژن و هلیوم استفاده نمی شود. با استفاده از آنالیز XPS می توان پیوندهای شیمیایی عناصر مختلف را شناسایی نمود، علاوه بر شناسایی عناصر، ترکیبات شیمیایی روی سطح نیز قابل تشخیص می باشد.
یکی دیگر از کاربردهای این آنالیز مشخصه یابی گرادیان تفاوت عمده این نوع آنالیز با دیگر آنالیز ها در مشخصه یابی عناصر سطح می باشد. برای مثال در مورد یک قطعه آلومینیوم که روی سطح آن یک لایه نازک اکسید آلومینیوم قرار دارد اگر از آنالیزهای XPS استفاده شود اکسید آلومینیوم دیده می شود اما سایر آنالیز ها مثل آنالیز EDAX آلومینیوم را نشان میدهند.
آنالیز های XPS چگونه عمل می کنند؟
در این آنالیز پرتوهای ایکس انرژی به یک نمونه تابیده می شوند و چنانچه انرژی پرتو ایکس تابع کار اتم های سطحی بیشتر باشد یک الکترون از نمونه به بیرون پرتاب میشود با اندازه گیری انرژی جنبشی فوتوالکترون های خروجی و همچنین آگاهی از انرژی فوتون های های اولیه می توان عناصر و پیوندهای شیمیایی آنها را شناسایی نمود. خروجی این نوع آنالیز شامل تعداد الکترون های اندازه گیری شده بر حسب واحد انرژی پیوند می باشد.
در آزمون XPS انرژی الکترون های خروجی اهمیت بسیار بالایی دارد و توجه به اینکه انرژی فوتوالکترون ها رابطه مستقیم با تراز انرژی داخلی آنها دارند. با استفاده از اطلاعات خروجی آنالیز XPS می توان اطلاعات خوبی از ساختار الکترونی اتم های سطحی ثبت نمود بر این اساس هر عنصر در طیف خروجی آنالیز XPS به خود دارد چند بیشینه منحصر به فرد خود را دارد.
وجود بیشینه متعلق به هر عنصر در نتیجه آنالیز یک ماده، این امر نشان میدهد که آن عنصر در دسته ماده مورد آزمایش وجود دارد. بیشینه های مشخصه هر عنصر با نحوه آرایش الکترون ها در اتم آنان سطح رابطه دارند و از موضع الکترون های ردیابی شده در لایه های الکترونی می باشند.
به طور کلی کاربرد های آنالیز xps را می توان در موارد زیر خلاصه نمود:
- شناسایی عناصر همه عناصر به جز هیدروژن و هلیوم با استفاده از آنالیز xps قابل شناسایی می باشند.
- تعیین ترکیب عناصر، عناصر سطح معمولاً در فاصله یک تا ده نانومتر است.
- با دانستن انرژی خارج شده و اندازه گیری پارامترهای ها می توان ترکیب شیمیایی عناصر را معین نمود.
- تعیین عناصر آلوده کننده سطح
- تعیین یکنواختی در ترکیب پروفیل عناصر، بر اساس مسیر ورودی پرتوی ایکس می توان پروفیل عمق عناصر در سطح نمونه اندازه ارزیابی نمود.
- این آنالیز دارای ترکیبات غیر آلی و آلیاژهای فلزی نیمه رسانا و پلیمرها است و در شیشه ها، سرامیک و حتی در صنعت کاغذ و صنعت بنزین نیز مورد استفاده می باشد. ضخامت یک تک لایه و یا ماده چند لایه را مشخص میکند.
کاربردهای آزمون XPS
- شناسایی عناصر
- تعیین درصد نسبی عناصر
- تعیین عناصر آلوده کننده
- بررسی برهمکنش های مولکولی در ساختار تعیین ضخامت لایه ها
نحوه انجام انجام آنالیز xps
در این تکنیک الکترون های موجود در سطح نمونه در اشعه ی ایکس پرتاب می شوند و بعد از انتقال مستقیم انرژی الکترون های اتم های ماده، الکترون از اتم های سطح به بیرون پرتاب می شود. انرژی این الکترون ها اندازه گیری شده و عناصر استفاده کننده و ترکیب شیمیایی آن به جز عناصر هیدروژن و هلیوم با استفاده از مشخصات انرژی الکترون ها شناسایی می شوند.
آماده سازی نمونه برای آنالیز xps
نمونه هایی که با استفاده از روش XPS مطالعه می شوند به صورت لایه های نازک ساختارهای چند لایه آماده می شوند که برای ساخت آنها روش های مانند رسوب فیزیکی بخار، کندوپاش، و رسوب لایه اتمی به کار گرفته می شود آنالیز xps اطلاعات اتمی را تا ۱۰ لایه سطحی نشان می دهد برای انجام این آزمایش لازم است نمونه های پودری در محدوده ۱۰ میلی گرم باشند. و نمونه های بالک دارای ابعادی در محدوده حداقل ۰/۵×۰/۵سانتی متر و حداکثر ۱/۵*۱/۵ سانتی متر و دارای ضخامت کمتر از ۵میلی متر باشد.
ثبت ديدگاه