Post on 06-Feb-2018
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Activitatea 4 -Diversificarea formelor de pregătire pentru doctoranzi și cercetători prin module multidisciplinare si metodologice sustinute de experti pe termen scurt (ETS), module ce nu se regasesc in programele de baza. Analiza eficientei si calitatii activitatilor de pregatire doctorala si postdoctorala prin consultarea membrilor grupului tinta si a expertilor implicati in cercetare. Training pentru folosirea ef. a echip. de ultima generatie, sub indrumarea expertilor pe termen scurt, module dedicate inovarii si folosirii TIC. Seminarii pe tema insertiei prof. a doctoranzilor si cercetatorilor după finalizarea proiectului.
Caracterizarea structurala a materialelor prin Spectroscopie Raman si de
fotoelectroni cu raze X – prezentare fundamente teoretice
Titular curs:
S.l.dr.ing. Celina DAMIAN
21.08.2015
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Ce este spectroscopia?
Spectroscopia – Studiul interactiilor dintre energiaelectromagnetica (lumina) si materie.
Spectru – Reprezentarea grafica sau expunereacantitativa a interactiilor dintre lumina si proba ca o functie de lungime de unda sau frecventa.
Energia electromagnetica se propagain spatiu prin doua campuri oscilanteorientate perpendicular pe directia de propagare si una fata de cealalta.
ν=c/λ
E=hν* Varian Inc. - Introduction to FTIR and Raman Spectroscopy
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Spectroscopia Vibrationala
Spectroscopia Vibrationala este o metoda de analiza princare o proba este iluminata cu o radiatie incidenta in vedereaexcitarii vibratiilor moleculare. Excitarea vibratiilor moleculareeste data de absorbtia, reflexia sau imprastierea unei cantitatidiscrete de energie. Exista doua tipuri principale de tehnicispectrocopice vibrationale: infrarosu (IR) si Raman.
* en.wikipedia.org
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Tipuri de interactii: radiatia electromagnetica - materie
La trecerea radiatiei electromagnetice prin materieinteractiie pot fi sub forma de:
(1) absorbtie
(2) reflexie
(3) difuzie
(4) transmisie
Tipul interactiei este dat de:
– frecventa radiatiei
– structura moleculara a materiei
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
I. Principiul Spectroscopiei Raman
hνi
h(νi±νR)
hνi
h(νi±νR)
hνi
h(νi±νR)
hνi
h(νi±νR)
Radiatia monocromatica incidenta unei molecule, poate suferi cateva tipuri de imprastiere:
• Rayleigh (elastica) – unde energia fotonului ramane aceeasi;
• Raman (neelastica) – unde energia fotonului poate creste (anti-Stokes) saupoate descreste (Stokes). Schimbarea in energie poatefi stocata sau eliberata prin miscare vibrationala.
web.mit.edu/spectroscopy/doc/Vib.doc
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Spectroscopia Raman
� Imprastierea Raman are loc cu o probabilitate mult mai mica (de ~107 orimai putin) decat cea Rayleigh
� Schimbarile in energiea fotonilor sunt masurate ca deplasari de frecventasi raportate ca numar de unda (cm-1) pentru simplificare.
� Lumina Raman imprastiata depinde de starile vibrationale ale moleculelor, furnizand o “amprenta” a probei analizate.
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Spectrometrul Raman
* Introduction to Raman Spectroscopy – Thermo Scientific
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Spectrul Raman
DGEBA+D230
IntensitateaefectuluiRaman
Informatii structuralecaracteristice: “amprenta”
materialului
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Tipuri de echipamente RamanRaman Dispersiv
O raza laser monocromatica este focalizata pe proba de analizat; luminadispersata de pe proba este directionata catre fanta de intrare in monocromator si este dispersata; elementul dispersiv face diferentierea intreimprastierea elastica a luminii (dispersia Rayleigh) si imprastierea neelastica(dispersia Raman).
Caracteristici: • Analiza spectrala efectuata prin intermediul grating-ului• Laseri din domeniul vizibil
Laser dioda - 780, 633 nm; Nd-YAG - 532 nm;Laseri de tipul Ar+ Kr+ion -400 to 750 nm
•Detector:CCD
Avantaje:• Sensibilitate ridicata• Rezolutie buna raportata la domeniul spectral
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Tipuri de echipamente Raman
FT-RamanAcesta beneficiaza de avantajele inerente date de interferometrie: eficienta mare a colectarii, precizie excelenta a lungimii de unda, sidezvoltarile software din FT-IR.
Caracteristici• Analiza spectrala efectuata de interferometru• Laseri din domeniul NIR
Nd-YAG -1064 nm; laser dioda -980 nm• Detectori
InGaAs (temp. camerei); Ge (racire cu N2 lichid)
Avantaje• Evita interferentele provenite de la fenomenul de fluorescenta• Calibrare permanenta la lungimii de unda• Rezolutie foarte buna – limitata doar de latimea liniei laser si de diferenta de drum optic a interferometrului
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Design-ul confocal incorporeaza o apertura pinhole ajustabila ce permite o rezolutie de ordinul micronilor, se pot analiza probele in adancime pe straturiindividuale. Rezolutia spatiala maxima este data de obiectivul de magnificatie si un laser din domeniul vizibil.
Caracteristici• Laseri de la domeniul UV (244 nm) pana la IR (1064 nm) + obiectiveconfocale cu lentile de buna calitate 100× si lentile motorizate cu aliniereautomata in functie de configuratie• Filtre Rayleigh cu pozitionare duala• Detector CCD racit termoelectric (- 70 ºC) • Rezolutie spatiala de ordinul 0.5-1 µm.
Avantaje- Rezolutie spatiala si imagini foarte bune,- Diferentiere chimica,- Posibilitatea efectuarii de harti 3D in masa probei
Tipuri de echipamente RamanRaman Confocal
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Avantaje ale Spectroscopiei Raman
• Nu necesita pregatirea probei
• Analiza rapida
• Nedistructiva
• Se poate efectua analiza prin ambalaj (sticla, plastic)
• Identificare specifica
• Analiza cantitativa
• Caracterizare complementara FT-IR
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Spectroscopia IR versus Raman
Infrarosu
• Absorbtia luminii
• Necesita un moment de dipol(O-H, N-H, C=O)
• Necesita pregatirea probei siuneori accesorii
• Necesita drum optic scurt
• Prezenta apei influenteazarezultatele
Raman
• Emisia luminii laser imprastiate
• Necesita polarizabilitatea moleculeide analizat (C=C, aromatic)
• Pregatire sumara sau deloc a probei de analizat
• Se poate utiliza fibra optica
• Analiza se poate efectua prinambalaj transparent
• Se pot caracteriza probe in solutieapoasa
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Dezavantaje ale spectroscopiei Raman
• Este nevoie de o sursa laser pentru observarea imprastierii Raman, acest lucru poate conduce la incalziri locale si/sau fotodescompunere.
• Unii compusi dau fluorescenta cand sunt iradiati de o raza laser.
• Spectrele Raman de rotatie sau rotatie-vibratie, de inalta rezolutie sunt mai greu de obtinut spre deosebire de IR. Acest lucru se datoreaza faptului ca spectrele Raman sunt obtinute in domeniul UV-vizibil.
• Un sistem Raman de ultima generatie costa de regula mult mai mult decat un spectrofotometru conventional FT-IR.
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Efectul de fluorescenta
* Varian Inc. - Introduction to FTIR and
Raman Spectroscopy
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Aplicatii Raman
• Identificarea diferitelor materiale – spectru caracteristicobtinut fara o pregatire prealabila a probei – princomparatie cu o baza de date
• Clasificarea probelor necunoscute
• Caracterizarea anumitor proprietati fizice cum ar ficristalinitatea si urmarirea unor reactii chimice
• Analiza cantitativa
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Identificarea unui compus cu ajutorul unei baze de date
* Varian Inc. - Introduction to FTIR and
Raman Spectroscopy
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Analiza cantitativa a unui compus dintr-un amestec
* Varian Inc. - Introduction to FTIR and
Raman Spectroscopy
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Aplicatia 1– Caracterizarea solidelor suspecte in criminalistica
* Mark H. Wall, Linda De Noble, and Richard
Hartman, Spectroscopy, June 2005
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Aplicatia 2 – Harta Raman a unui cristal de ametist
466 cm-1
294 cm-1
98.7% ametist
~1% hematita
* Thermo Scientific - Application Note: 51560
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Aplicatia 3 – Detectia ricinei in lichide cu SERS
Limita de detectie cu SERS:
50 ng/mL => suc de portocale
100 ng/mL => lapte
Doza letala pentru om: 2-20 mg
* Thermo Scientific - Application note 52247
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
II. Spectroscopia de fotoelectroni cu raze X
adeziune
contaminare
umectabilitate
biocompatibilitate
culoareactivitate chimica
acoperiri
proprietati electrice
De ce analiza de suprafata?
XX--ray Photoelectron Spectroscopy (ray Photoelectron Spectroscopy (XPSXPS), de ), de asemeneaasemenea cunoscutacunoscuta ca ca
Electron Spectroscopy for Chemical Analysis (ESCA) Electron Spectroscopy for Chemical Analysis (ESCA) esteeste o o tehnicatehnica
utilizatautilizata pepe scarascara largalarga pentrupentru a a investigainvestiga compozitiacompozitia chimicachimica a a suprafetelorsuprafetelor
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Principiul XPSElectronii interactioneaza puternic cu materia
Distanta pe care o pot traversa intr-un solid fara a pierde energie cinetica este micaMajoritatea semnalului XPS provine < 5 nm * Totalitatea semnalului XPS provine ~10 nm *
• Aceasta e cheia tehnicii XPS : selectivitatea
Pentru descoperirea efectului
fotoelectronic Einstein a primitpremiul Nobel in 1928
Pentru transformarea fotoemisieiin instrument de analiza, Kai
Siegbahn a primit premiul Nobel in 1981
Influente:• Element – Sarcina pozitiva a nucleului• Orbital – Nivelul energetic ocupat de electron• Starea chimica – Influenta altor elemente legate de atom determina variatii mici a nivelului energetic
BE=energia de legatura
hν= energia fotoelectronului
KE= energia cinetica masurata
W= lucrul mecanic al echipamentului
* Thermo Scientific – XPS Simplified, 2015 http://xpssimplified.com/resources.php
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Spectrometrul de fotoelectroni cu raze X
— Analiza elementala si structura chimica a elementelor— Compozitia relativa a constituentilor din regiunea de suprafata— Structura benzii de valenta
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Procesele fotoelectronice si Auger
Banda de Banda de conductieconductie
Banda de Banda de valentavalenta
L2,L3L2,L3
L1L1
KK
NivelNivel de de
ElectroniElectroni
liberiliberi
RazaRaza X X incidentaincidenta
FotoelectronFotoelectron ejectatejectat
1s1s
2s2s
2p2p
Banda de Banda de conductieconductie
Banda de Banda de valentavalenta
L2,L3L2,L3
L1L1
KK
NivelNivel FermiFermi
NivelNivel de de
ElectroniElectroni
liberiliberi
Electron Auger Electron Auger emisemis
1s1s
2s2s
2p2p
* Prof. H.Iovu – Note Curs 2015–
Metode moderne de caracterizare
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Spectrul XPS - general
Analiza elementala: poate detecta toate elementele cu exceptia H Cuantificare: limita de detectie >0.05%
permite determinarea stoichiometriei
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Spectrul XPS - general
Analiza elementala: poate detecta toate elementele cu exceptia H Cuantificare: limita de detectie >0.05%
permite determinarea stoichiometriei
• Contaminarea suprafetei poate avea influentasemnificativa asupra spectrului inregistrat
• Curatarea cu ioni de Ar poate indeparta agentiide contaminare accidentali
• Atentie deosebita la modificarile de structura!!!
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Spectrul XPS – inalta rezolutie
Cuantificarea starii chimice :
• Oxidare
• Efecte electronice
• Grupari functionale
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Profilare in adancime (Depth profiling)
• XPS are o adancime de analizalimitata – semnalele sunt observatedintr-un strat de maxim 10 nm
• Multe caracteristici de interes se gasesc mai adanc de acest strat, de obicei pana la cativa µm grosime
• Interfetele pot fi de mare interes
• Cum se pot accesa acestestraturi?
- prin indepartarea progresiva a materialului de la suprafata
- profilarea cu flux de ioni estecea mai comuna metoda
- se colecteaza informatiile XPS dupa fiecare perioada de curatare
Analiza XPS
Curatare
Analiza XPS
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Angle resolved XPS
Schimband unghiul de colectare a fotoelectronilor, se schimba adancimeapunctului analizat.
� Aceasta variatie da o intensitate masurata:
I = I0exp(-d/λcosθ)
�Electronii colectati din suprafata adiacentaprovin exclusiv dintr-o regiune superficiala
� Electronii colectati prin metoda clasica pot proveni si din masa probei de la o adancimemei mare.
� Spectrele colectate pe filme subtiri depusepe substrat sunt influentate de unghiul de colectare
I0= Emisia din masa probei
θ= Unghiul de emisie
d = grosimea filmului
λ= lungimea de atenuare
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Aplicatii ale XPS
* http://xpssimplified.com/whatisxps.php
Semiconductori/ MicroelectroniceMicrocircuiteFilme ultra-subtiriCuratareStabilitatea filmelor subtiriStraturi de barieraEficienta ungeriiIndustria chimicaPlastice/AcopeririCatalizaFibreIndustria metalurgicaNitrurare / carburareCoroziuneSudareLimita de segregareSticlaMotoare/AvionicaUngereCoroziuneOxidareDefecteCompoziteAdezivi
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Aplicatia 1- Analiza XPS a pigmentului dintr-o mumie
150 145 140 135 130Binding Energy (Binding Energy (eVeV))
PbO2
Pb3O4
500 400 300 200 100 0Binding Energy (Binding Energy (eVeV))
O
Pb Pb
Pb
N
Ca
C
Na
Cl
AnalizaAnaliza XPS a XPS a aratataratat ca ca
pigmentulpigmentul folositfolosit pepe
panzapanza de de infasurareinfasurare era era
maimai degrabadegraba PbPb33OO44
decatdecat FeFe22OO33
MumieMumie egipteanaegipteana
sec. 2 ICsec. 2 IC
World Heritage MuseumWorld Heritage Museum
University of IllinoisUniversity of Illinois
* Prof. H.Iovu – Note Curs 2015–
Metode moderne de caracterizare
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Aplicatia 2 – Senzor de temperatura dintr-un boiler
• Zn3(PO4)2 este utilizat ca inhibitor de coroziune, de obicei impreuna cu posfatul de sodiu (Na4P2O7)care are rol de agent de legatura cu metalul• Stratul de Zn3(PO4)2 prezinta instabilitate, ducand la precipitare in conditiile de operare
* Thermo Scientific – XPS Simplified, 2015 http://xpssimplified.com/resources.php
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Aplicatia 3 – Analiza in profunzime a unui hard disk
* Thermo Scientific - Application Note: 52053
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Modul de training pe echipamente: Modul de training pe echipamente:
Caracterizarea structurala a Caracterizarea structurala a
materialelor prin Raman si XPS materialelor prin Raman si XPS
Activitatea 4 -Diversificarea formelor de pregătire pentru doctoranzi și cercetători prin module multidisciplinare si metodologice sustinute de experti pe termen scurt (ETS), module ce nu se regasesc in programele de baza. Analiza eficientei si calitatii activitatilor de pregatire doctorala si postdoctorala prin consultarea membrilor grupului tinta si a expertilor implicati in cercetare. Training pentru folosirea ef. a echip. de ultima generatie, sub indrumarea expertilor pe termen scurt, module dedicate inovarii si folosirii TIC. Seminarii pe tema insertiei prof. a doctoranzilor si cercetatorilor după finalizarea proiectului.
24.08.2015
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Microscopul Raman DXR
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Principiul analizei Raman
(1) Proba este iradiata de radiatia laser
(2) Radiatia este imprastiata de proba
(3) O parte din radiatie este inregistrata si transformata in spectrul Raman
(4) Spectrul Raman ilustreaza lumina laser originala (Rayleigh) sau ceaimprastiata in functie de caracteristicile probei
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Schimbarea laserilor
� De ce este nevoie de schimbarea laserului?- Lungimile de unda mai mici, dau semnal Raman mai intens
proportional cu 1/4- La lungimi de unda mari efectul de fluorescenta este mai putin
probabil a fi observat
� Schimbarea lungimii de unda a laserilor implica si schimbareafiltrului pentru radiatia Reileigh
- tehnologia SmartLock asigura reproductibilitateaanalizelor
-Software-ul recunoaste toate componentele automat-Se reiau setarile instrumentului de la ultima utilizare a componentelor
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Reteaua de difractie
Rezolutia Standard• 5 cm-1 rezolutia
• Domeniul spectral intre 50 – 3500 cm-1
• Utititate maxima in identificarea peak-urilor
Inalta Rezolutie• rezolutia 3 cm-1
• Domeniul spectral intre 50 – 1800 cm-1
• pro – rezolutia imbunatatita- “regiunea de amprenta“ accentuata
• contra: - Domeniul spectral este injumatatit- Raportul semnal/zgomot (S/N) este mai mic
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
AperturaDefinitie – apertura: fanta prin care trece lumina monocromaticaPinhole – fanta mica, muchii bine definiteSlit – fanta rectangulara, raport L/l foarte mare
• Rezolutie: fanta mica => resolutie mare, dar pierderea unei partidin semnal• Confocal – utilizarea unei aperturi pinhole pentru a evita radiadiaprovenita din zonele care nu sunt in plan focalizat
Aplicatie: • pinhole pentru analize de microscopie (probe mici), rezolutiemare • slit pentru probe obisnuite(materiale compacte, pulberi, lichide), semnal bun
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Auto-focusarea
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Efectuarea unei analize Raman 1
• Pornire echipament
• Incalzirea laserului din meniul soft-ului OMNIC (5 -15 min)
• Pozitionare proba
• fixare pe masa de lucru
• focusare
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Efectuarea unei analize Raman 2
• Setarea parametrilor
• Achizitia de date
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Aplicatia 1 – IR vs Raman pentru PVC imbatranit
* Timothy O. Deschaines - Raman Spectroscopy: A Powerful Tool for Challenging Polymer Samples, Thermo Scientific
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Aplicatia 2 – Caracterizarea nanomaterialelor carbonice
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Aplicatia 3 – Detectia melaminei in lapte
* Li X, Feng S, Hu Y, Sheng W, Zhang Y, Yuan S, Zeng H,
Wang S, Lu X, J Food Sci. 2015;80(6):C1196-201.
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Echipamentul XPS (K-Alpha)
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Considerente in pregatirea probelor pentru XPS
• In general se analizeaza probe solide
• Lichidele pot fi analizate (daca prezinta presiune de vapori foartescazuta sau prin congelare)
• Probele trebuie sa fie compatibile cu vidul
• Probele trebuie sa fie manipulate cu grija pentru a evitacontaminarea
• Manusile previn amprentele de pe suportul de proba insa probele se manipuleaza cu pensete foarte curate
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Etapele unei caracterizari prin XPS
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Echipamentul XPS
Sistem Ultra high vacuum (UHV) - Presiunea in camera de analiza este de obicei mai mica decat 1x10-7mbar - Permite parcurgerea unui drum mai lung de catre fotoelectroni, farapierderea energiei cinetice- UHV mentine curata suprafata probei in timpul analizei- Camera de parcare este o zona tampon pentru protectia camerei de analizaSursa de radiatii X- De obicei se utilizeaza radiatie Al Kα- Generata de bombardarea cu electroni- Monocromatorul este un cristal de cuartTun de compensare cu electroni de joasa energie- Pentru analiza probelor dielectrice- Inlocuieste fotoelectronii emisi de la suprafata probeiTunul de Ioni- Curatarea probei- Profilare in adancime
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Domenii de aplicatie pentru XPS
• Prin analiza XPS se pot ontine informatii despre structura chimica si compozitia suprafetei probelor, starea de oxidare a metalelor sau legaturile din polimeri.
• Analiza suprafetei polimerilor in vederea stabilirii posibilitatilor de modificare sau imprimare a lor. Modificarea suprafetei polimerilor pentru biocompatibilizare.
• Analiza suprafetei nanotuburilor de carbon pentru demonstrarea reactiilor de functionalizare a acestora in vederea compatibilizarii diferiti polimeri.
• Analiza probelor supuse coroziunii pentru a depista cauzele acesteia.• Suprafata metalelor, cum pot fi ele curatate cu solventi ecologici in vederea
aplicarii vopselelor sau lipirii.• Controlul grosimii straturilor de acoperire la semiconductori, respectiv
detectia agentilor de contaminacre care afecteaza dramatic proprietatile acestora.
• Analiza suprafetei catalizatorilor pentru intelegerea mecanismelor de reactie care au loc aici.
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Efectuarea unei analize XPS
Pregatirea probei inainte de incarcarea pe suportul de analiza, consta in:
- indepartarea urmelor de praf (SiO2) prin pulverizare cu spray de aer comprimat in cazul solidelor. In cazul pulberilor influenta impuritatilor din atmosfera se poare reduce prin mojararea probelor in vederea formarii de suprafete curate ale particulelor.
- in functie de tipul probei (solid compact, pulbere, fibra, film stratificat etc), dar si de tipul analizei ce urmeaza a fi efectuată (analiza de supratata sau profilare in adancime) se alege, suportul de proba corespunzator:
Tipuri de suporturi de proba: a) pentru probe solide compacte; b)pentru pulberi; c) pentru fibre; d) pentru profilare in adancime
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Efectuarea unei analize XPS
• Dispozitivul de lucru se incarca in camera de pregatire, apoi dupa ce aici s-a atins vidul de 10-6 atm se trece dispozitivul in camera de analiza si se porneste pompa turbomoleculara pentru vid inaintat.
• Analiza se efectueaza intr-o camera cu vid ultrainaintat (10-9÷10-11 atm).
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Prelucrarea datelor
* Roger Smart, Stewart McIntyre, Mike Bancroft, Igor Bello - X-
ray Photoelectron Spectroscopy, Department of Physics
and Materials Science City University of Hong Kong
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Aplicatia 1 – Analiza compozitionala a unei celulesolare de tipul Cu(In,Ga)Se2
• CIGS solar cells consist of a thin-film stack on a substrate (typically glass). The molybdenum layer and the zinc oxide layer form the electrical contacts. The p-type CIGS film acts as the sunlight absorber layer, with a thin n-type CdS layer forming a p-n junction.
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Aplicatia 2 – Lentile de contact
*Thermo Scientific - Application Note: 51932
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Aplicatia 3 – Probe de otel inoxidabil
* Thermo Scientific – Application Note: 52108
POSDRU/159/1.5/S/138963Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Bibliografie:
1. Introductory Raman Spectroscopy 2nd edition, autori: John R. Ferraro, Kazuo Nakamoto si Chris W. Brown, 2002;
2. Modern Raman Spectroscpy – A practical Approach, autori: Ewen Smith si Geoffrey Dent, ed. John Wiley & Sons, Ltd, 2005
3. Infrared and Raman Spectroscopy of Polymers, Volume 12, Number 2, 2001, J.L. Koenig
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Raman_spectroscopy