Atividades Experimentais

O XPS (X-Rays Photoelectron Spectroscopy - Espectroscopia Fotoelétrica de Raio-X). Também conhecido como ESCA ( Electron Spectroscopy for Chemical Analysis - Espectroscopia Elétrica para Análise Química).
É uma técnica de análise de superfícies usada para obter informação química sobre as superfícies de materiais sólidos, condutores ou isolantes.

PRINCÍPIO FÍSICO:

O processo de excitação da amostra pode ser feito pela incidência de um feixe de Raio-X sobre a amostra.

Nesse processo de excitação do átomo:

Fotoelétrons são emitidos devido ao processo fotoelétrico.

O processo fotoelétrico é um processo de interação direta do fóton com o átomo

A analise é feita através da medição da energia de elétrons (fotoelétrons)emitidos na amostra atingida pelos raios-x monoenergéticos.

Um fóton de energia conhecida incide num material e é absorvido por um elétron preso a um átomo do material.

Estes fotoelétrons têm a energia cinética dada pela fórmula:

KE = hf?- BE - S

Sendo:
KE = energia cinética
hf = energia do fóton
BE = energia de ligação
S = função trabalho do espectrômetro

A energia do fotoelétron é característica de cada elemento sendo assim a análise do espectro informa quais elementos estão presentes na superfície da amostra, exceção apenas para o H e o He.

• FONTE DE RAIO-X
• ANALISADOR DE ENERGIA PARA O FOTOELÉTRON
• DETECTOR DE ELÉTRONS
• CAMARA DE ALTO VÁCUO (UHV)

FONTE DE RAIO-X
São utilizadas fonte de radiação monocromática. As mais comumente utilizadas são:
• Mg K? raio-x com h?=1253,6 eV
• Al K? ? raio-x com h?=1486,6 eV

ANALISADOR DE ENERGIA PARA O FOTOELÉTRON
O analisador é essencialmente um “filtro” de energia.
Em geral são do tipo eletrostático.
O mais utilizado para o XPS é:
• Analisador de Capacitor Esférico (SCA)

Ele é do tipo dispersivo. Isto é, dispersa os elétrons num dado campo, medindo somente uma pequena faixa de energia de interesse.

Os fotoelétrons ao serem ejetados da amostra são focalizados por um sistema de lentes na entrada do analisador.
O analisador consiste de duas chapas metálicas, nas quais são aplicadas um potencial, esse potencial cria um campo elétrico, o qual irá forçar o fotoelétrons a se deslocarem segundo uma trajetória descrita pela seguinte equação.
q.E =m.(V²/R)
Assim, dado um potencial teremos um campo elétrico específico. E dessa forma somente os
Fotoelétrons que tiverem uma determinada energia cinética, ou por outro lado uma velocidade especifica, conseguiram alcançar o outro lado do analisador. .
No outro lado temos um multiplicador de sinal, que intensifica o sinal obtido para se fazer a contagem.
O detector mede a corrente vinda do multiplicador.
Assim, no final teremos a energia e corrente para um determinado valor de potencial.
Variando o potencial teremos o espectro de energia de ligação e de energia cinética da amostra.
Como cada elemento tem uma energia de ligação característico, analisando os picos do espectro de ligação podemos determinar os elementos que constituem a superfície da amostra.

DETECTOR DE ELÉTRONS

Os elétrons ao atravessarem o analisador podem estar focados em uma ou mais fendas que possuíram cada uma um detector.
O detector pode ter vários canais de processo de sinais (Multichannel Detector)
A multiplicidade de canais permite alta resolução, o que melhora o sinal/ruído.

CAMARA DE ALTO VÁCUO – UHV
As pressões obtidas na câmara de alto vácuo (P < 10^(-10) Tor ) são mantidas pela combinação das chamadas bombas secas: iônica, de sublimação, turbomoleculares, criogênicas e de sorpção.

AMOSTRA
Pode ser analisada qualquer amostra sólida.
As amostras são analisadas após limpeza com iões árgon de 5keV de modo a remover todos os contaminantes.
Dimensões da amostra: 5mm a 30 mm (diâmetro ), 3 - 10 nm (profundidade).
Materiais a serem analisados devem ser compatíveis com o UHV
As amostras em pó são prensadas na forma de pastilha e depois analisadas, sendo necessário que apresente baixa quantidade de gás dissolvido em sua composição, para que não atrapalhe a análise que é feita em UHV.

SÍNTESE

É uma técnica que permite a análise química superficial de amostras, identificando os elementos presentes na superfície.
Excitada por feixe de Raio-X, (Mg , Al)
Amostras: condutoras ou não condutoras.
Superfície de Análise: Da ordem de alguns poucos micrômetros.
Sensibilidade: 0,3 % a 0,5 % (Atômica )
Profundidade de amostragem : 3 nm – 10 nm
Analisa todos os elementos, menos H, He.
Uma análise de energia deste fotoelétrons provê informação elementares sobre a constituição química dos materias que constem na superficie da amostra.