Post on 22-Jan-2021
1
ANALIZA POWIERZCHNI
�������������� ��������������������������� ����������
Analiza ciała stałego
METODYNISZCZ�CE
METODYNIENISZCZ�CE
ANALIZA CAŁEJ OBJ�TO�CI ANALIZA POWIERZCHNI
CIAŁO STAŁE
�������������� ��������������������������� ����������
Metody niszcz�ce:
- przeprowadzenie do roztworu (rozpuszczanie, roztwarzanie lub stapianie) i nast�pnie analiza metodami klasycznymi lub instrumentalnymi
- homogenizacja (rozdrobnienie) bez konieczno�ci zmiany stanu skupienia - np. fluorescencja rentgenowska (cienka tarcza)
Metody nieniszcz�ce:
- neutronowa analiza aktywacyjna
�������������� ��������������������������� ����������
BADANIA POWIERZCHNIZastosowanie bada� powierzchni:
• Struktura granicy faz i adsorpcja
• Kataliza
• Korozja
• Błony i membrany
• Warstwy powierzchniowe
• Smarowanie
• Powłoki ochronne
�������������� ��������������������������� ����������
Wybrane techniki badania powierzchni:• Spektroskopia elektronów (UPS, XPS, ESCA)• Spektroskopia elektronów Augera (AES)• Fluorescencja rentgenowska (XFS)• Spektroskopia mas jonów wtórnych (SIMS)• Mikroanaliza rentgenowska (EDS, EDX)• Mikroskopia sił atomowych (AFM)• Spektroskopia w podczerwieni (IRS)• Skaningowa mikroskopia tunelowa (STM)• Skaningowa mikroskopia elektrochemiczna (SECM)• Mikrowaga kwarcowa (QMB)
�������������� ��������������������������� ����������
Sondy:
• Fotonowa (PP)
• Elektronowa (EP)
• Jonowa (IP)
• Cz�stek oboj�tnych (NP)
• Pola elektrycznego (EFP)
�������������� ��������������������������� ����������
2
Skaningowa mikroskopia Augera i spektroskopia elektronów Augera
�������������� ��������������������������� ���������� �������������� ��������������������������� ����������
ODDZIAŁYWANIE WI�ZKI ELEKTRONÓW Z MATERI�
�������������� ��������������������������� ���������� �������������� ��������������������������� ����������
�������������� ��������������������������� ���������� �������������� ��������������������������� ����������
3
�������������� ��������������������������� ����������
ENERGIE ELEKTRONÓW AUGERA
�������������� ��������������������������� ����������
SPEKTROSKOPIA ELEKTRONÓW AUGERA
Spektroskopia elektronów Augera jest technik� analityczn� pozwalaj�c� na elementarn� analiz� powierzchni (w zakresie nanometrów).
Spektroskopia elektronów Augera informacj� chemiczn� uzyskuje poprzez pomiar energii elektronów emitowanych z tej powierzchni po na�wietleniu jej wi�zk� elektronów o energiach w zakresie 2 – 50 keV. Niektóre z emitowanych z powierzchni elektronów maj� energie charakterystyczne dla pierwiastków z których s� emitowane (a tak�e w niektórych przypadkach sił jakimi atom jest zwi�zany).
Spektrum elektronów Augerazanieczyszczonej powierzchni niklu. (a) – liczba emitowanych elektronów w funkcji ich energii; (b) – zró�niczkowana krzywa (a)
�������������� ��������������������������� ���������� �������������� ��������������������������� ����������
Zalety:
• skład pierwiastkowy z warstwy ~2 nm
• pierwiastki od Li (dobra czuło�� dla lekkich pierwiastków)
• Profilowanie powierzchni z rozdzielczo�ci� lepsz� ni�2 nm
• Mapowanie powierzchni
Ograniczenia
• próbka musi by� przewodz�ca
• detekcja ilo�ciowa ograniczona do ~1% atomowego
• dokładno�� ok. 10%
�������������� ��������������������������� ���������� �������������� ��������������������������� ����������
Mikroanaliza rentgenowska EDX / EDS
EDX : Energy Dispersive X-ray Analysis EDS: Energy Dispersive Spectrometry
Wi�zka elektronów o energi 120 keV atakuje powierzchni� próbki powoduj�c emisj� charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego. Promieniowanie to pada na detektor krzemowo-litowy (pracuj�cy w temp. ciekłego azotu). W krysztale krzemu powstaj� pod wpływempadaj�cego promieniowania pary elektron-dziura. Istnieje dobra korelacja pomi�dzy ilo�ci� par elektron-dziura a energi� promieniowania rentgenowskiego. Utworzenie jednej pary wymaga energi ok. 3.8 eV.
4
�������������� ��������������������������� ����������
Powstanie charakterystycznego promieniowania X (linia K)
�������������� ��������������������������� ����������
Porównanie EDS – WDS (wavelenth disspersive spectrometry)
Rozdzielczo�
EDS ~140 eV
WDS ~10 eV
�������������� ��������������������������� ���������� �������������� ��������������������������� ����������
�������������� ��������������������������� ����������
MIKROSKOP SIŁ ATOMOWYCH AFM
waga optyczna
�������������� ��������������������������� ����������
5
ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM)
�������������� ��������������������������� ����������
����������� ���������������
����
����������
���������������������� ���������
����������������
���
������������
��
����������������
�������������� ���
���
�����������
��
���������������
���������������������
��������
�������������� ��������������������������� ����������
2.5 x 2.5 nmsimultaneoustopographic andfriction image of highlyoriented pyrolyticgraphite (HOPG). Thebumps represent thetopographic atomiccorrugation, while thecoloring reflects thelateral forces on the tip. The scan direction was right to left.
�������������� ��������������������������� ����������
Kryształ kwasu salicylowego
�������������� ��������������������������� ����������
SKANINGOWA MIKROSKOPIA
ELEKTROCHEMICZNA
SECM
�������������� ��������������������������� ����������
Układ skaningowego mikroskopu elektrochemicznego (SECM)
�������������� ��������������������������� ����������
6
�������������� ��������������������������� ���������� �������������� ��������������������������� ����������
W przypadku elektrody dyskowej transport dyfuzyjny do jej powierzchni odbywa si� zgodnie z modelem jednowymiarowej dyfuzji liniowej:
Wraz ze zmniejszaniem �rednicy elektrody ro�nie udziałsubstancji dyfunduj�cej do jej powierzchni promieniowo. W granicznym przypadku dyfuzja przechodzi w sferycznie symetryczn� opisan� równaniem:
∂∂
∂∂
ct
Dc
x=
2
2
∂∂
∂∂
∂∂
ct
Dc
r rcr
= +�
��
�
��
2
2
2
�������������� ��������������������������� ����������
W konsekwencji pr�d graniczny (w warunkach bez konwekcji) opisany jest równaniem:
Pierwszy człon w nawiasie to odwrotno��grubo�ci rozwijanej w czasie t warstwy dyfuzyjnej. Je�eli jest on znacznie wi�kszy od drugiego członu tj. odwrotno�ci promienia elektrody, wówczas równanie przechodzi w równanie Cotrella. W przeciwnym przypadku tj. gdy człon zawieraj�cy czas jest zaniedbywalniemały w stosunku do odwrotno�ci promienia, równanie upraszcza si� do postaci:
i nF r DCDt rL = +
�
��
�
��π
π2
1 2
1 1( ) /
i nF rDCL = πodpowiadaj�cej stanowi stacjonarnemu, w którym pr�d nie zale�y od czasu.
�������������� ��������������������������� ����������
�������������� ��������������������������� ���������� �������������� ��������������������������� ����������
Sprz��enie ujemne
7
�������������� ��������������������������� ����������
Sprz��enie dodatnie
�������������� ��������������������������� ����������
�������������� ��������������������������� ���������� �������������� ��������������������������� ����������
�������������� ��������������������������� ����������