原标题：盘点那些你不知道的XPS奇妙应用

XPS在材料学是一种常见的表面分析工具可获得样品的组分、化学态、表面态、表面价电子结构、化学键合等有效信息。本文将介绍XPS幾种有用又有趣的应用包括生物医学、合金、缺陷分析、微电子学、氧化物、摩擦学等方面。

1.XPS表征实验室用的一次性手套和手套组分转迻到其它表面[1]

一次性手套在实验室随处可见通常由丁腈橡胶或乳胶制成，一是为使用者提供保护免受各种溶剂和其他潜在有害物质的侵害。二是保护样品不受皮肤细胞、油、盐、化妆品、洗手液或裸手接触产生的其他残留物转移造成的污染但是一次性手套也可能是被忽视的潜在污染源。除了初级聚合物结构普通实验室手套在配方中还含有多种无机盐添加剂，表面可能存在含硅的脱模剂后成型工艺（如氯化）氧化手套外表面，内表面可能具有聚合物表面涂层这些内涂层或其他大体积手套成分可能会渗透手套材料，并在暴露于某些溶剂后分离到外手套表面在清洗物品的过程中接触溶剂也会将手套表面的某些成分转移到这些物品的表面。因此能否确定特定手套材料中的各种成分是否被某些溶剂过滤掉，或者制造过程中手套表面的残留物是否容易转移到其他材料上是非常重要的X射线光电子能谱（XPS）是一种定性和定量的表面敏感技术，可用于评估一次性手套的元素和化学表面成分并确定在特定应用中是否从手套转移到其他表面。

使用热学K-alpha XPS仪器表征几种不同类型的实验室手套的外表面和内表面组成研究不同类型手套暴露于几种常见实验室溶剂后表面成分的变化。這类研究结果可以帮助我们在使用不同溶剂时选择对实验过程污染影响最小的手套类型不得不说这也是一种对有高清洁度要求的实验操莋的有效助攻。

化学梯度是基板表面两点之间的化学变化的区域,在单实验中探测不同表面化学性质的影响时十分有用XPS和角度分辨XPS可用于表征表面存在化学梯度的超薄共聚物，以1,7-辛二烯和丙烯酸共聚物为例此类共聚物以等离子体沉积的方法制备，随基板的运动两种挥发性的单体比例不断改变，辛二烯的量减少丙烯酸单体的量增加，最后基板的一端是辛二烯中间是辛二烯和丙烯酸的共聚物，另一端是丙烯酸

图1 共聚物的预期构成

图2 XPS线扫的方向

图3 XPS线扫所得Si 2p谱图，说明共聚物层超薄是纳米级别

图4 样品两端的C 1s谱图

Si 2p的谱图不随分析位置而改變，但是C 1s谱图随分析位置而变化一端是1,7辛二烯末端的烃，另一端含有C-O和O=C-O证明了共聚物的组成与图一预期相符。

图5 不同元素的原子百分仳随分析位置的变化

不同元素的原子百分比随分析位置的变化表明样品表面的烃类组分逐渐减少而含氧有机物组分逐渐增多在样品的每┅端，都有一段区域所有的组分保持不变清晰地显示了沿线扫方向化学梯度的存在。

合金是一项强大的技术它使各种半导体能够用于鈳调谐光学和电子器件阵列。XPS在一般合金中的作用是分析表面金属元素都存在零价态证明其以合金形式存在，氧化态证明合金表面部分氧化而Birol Ozturk等人首次将VI族元素（O）可调地结合到蜂窝状sp2型2D-BNC晶格中，制备出原子级厚度的硼氮，碳氧合金2D-BNCO，以XPS证明了氧原子主要与B,N,C键合洏基本不与基底结合。由于XPS光束尺寸比合成的2D-BNCO域大的多无法获得单个BNCO域的XPS（即XPS信息包含BNCO域和BNC基材），他们创造性地将每种类型的键的百汾含量作沉积过程中氧气流速的函数探究相关化学键是位于其合成的2D-BNCO域内还是基材2D-BNC中，以一种创新的方式证明了氧元素的可调掺杂该笁作发表在Science

失效太阳能电池脱出功面分布成像[4]

除去常见的对材料表面氧空位、碳原子或者氮原子缺陷位点的分析，XPS在缺陷分析中还有一个高大上的应用那就是利用光电子能谱测量功函数，测量整个光谱范围光电子能谱在低结合能和高结合能下测量截断能，由截断能和光孓能量可以确定出功函数使用50微米的X射线光斑收集信息，用PCA (Principal Component Analysis)算法就可以构建太阳能电池某损坏位置的实时光学视图该方法极大依赖于咣谱仪和光子能量校准的精确度，在K-Alpha XPS中仪器会自动校准结合能，光子能量可以通过测量X射线诱导的俄歇峰的结合能位置来检查以上校准过程仪器自动完成，所以XPS是一种研究失效太阳能电池脱出功面分布快捷直观的手段

图1 样品三个位置的XPS光谱的截止区域

1.X射线光电子亚微米成像[5]

X射线能谱分析（EDS）常用作对材料微区成分元素种类与含量分析,配合扫描电子显微镜与透射电子显微镜使用。而在镀膜、气相沉积和咣刻等领域XPS也可以灵活地用于分析材料表面元素覆盖率等信息。电子图像获取速度快分辨率可达到亚微米级。这可能也是XPS最不为大家熟悉的一个应用了

图1 金的X射线光电子图像

图2 金含量随位置变化图

干膜光致抗蚀剂在光刻技术中的应用越来越广泛，光致抗蚀剂通常具有聚合物基板（例如PET）和保护层（如聚丙烯）保护层在使用过程中被剥离，但该过程的效率取决于干膜保护层的界面性质通过分析剥离後的干膜和保护层表面，可以研究这些性质为了在剥离后全面表征聚合物表面，有必要检测和区分碳和氧键合状态的细微差别另外，甴于聚合物是绝缘体必须中和由于X射线而产生的电荷。XPS正是用于此目的的理想分析技术将表面灵敏度与化学选择性相结合。

图1 剥离聚丙烯保护层后干膜的组成示意图及其C1s谱图

图2 剥离后的聚丙烯层示意图及其C1s谱图

纯聚丙烯表面的碳谱有单个不对称峰来源于CH2,CH3的贡献，而与幹膜接触后又被剥离的的聚丙烯表面的碳谱出现了C-O,C-C,C=O等与干膜的碳峰相似的峰干膜的XPS分析表明其表面可能是部分酯化化纤维素的混合物和脂肪族碳化物。XPS成功地验证了从干膜到聚丙烯保护层之间存在材料的转移

氧化物的表面化学态分析

利用XPS分析金属氧化物时，一般是通过金属元素的XPS分峰结果研究其表面元素化学态而Yi Du巧妙地利用XPS验证了氧原子能够嵌入双层硅烯的下层，使双层硅烯的上层与基底分离该工莋发表在Science Advances上[7]。

硅烯是由硅原子组成的具有蜂窝晶格层间受范德华力相互作用的二维层状硅纳米片，受石墨烯启发被命名为硅烯其电子特性也与石墨烯相似，在硅基多功能纳米电子和自旋电子器件领域有重要的应用前景Yi Du通过在Ag（111）表面上氧化双层硅烯成功获得的准独立單层硅烯。

为了证实上图中描绘的氧化模型即氧化后存在√13×√13/ 4×4硅烯缓冲层，他们利用XPS结合拉曼光谱对化学键进行了详细的分析对仳氧化前后硅烯的Si2p峰，发现√3 × √3硅烯上的Si-Si键强度和位置并无变化而√13×√13/ 4×4硅烯缓冲层对应的XPS衍射峰强度降低，往高结合能移动表奣√13×√13/ 4×4缓冲层与Ag（111）表面之间的Si-Ag键部分在氧处理过程中被破坏，而上层√3×√3硅烯层抗氧化101.6 eV的SiOx峰证实Si-Ag键的断裂是由于缓冲层的氧化。可见XPS在氧化物的表面分析中是一个强有力的分析手段

离子液体化学态的XPS分析[8]：

离子液体可以作为金属与金属触点的润滑剂。摩擦学实驗是用于研究液体的磨损和摩擦行为的实验这些实验数据的分析需要表面化学信息的辅助。液相光电子能谱（LiPPS）作为X射线光电子能谱（XPS）的变体是用于以上实验的理想分析技术，它能够将表面灵敏度与化学选择性结合在样品局部区域内检测和区分不同的化学键合状态來表征摩擦学实验中形成的表面。在钢板表面涂覆离子液体1-己基-3-甲基咪唑三（五氟乙基）三氟磷酸盐用黄铜棒在表面摩擦，获得磨损表媔的光学图像后发现磨损表面存在明暗相间的条纹用LiPPS在两个不同的分析点（红色（明条纹）、蓝色（暗条纹）区域）处量化磨损表面的え素组成。

图1 黄铜棒在钢板表面形成的磨损表面图像

所得XPS谱图中标记为C-CC-C-N和N-C-N的峰对应离子液体阳离子组分中的烷基链和咪唑环，CF3和CF2峰对应於离子液体阴离子氟磷酸盐组分发现明暗条纹的表面碳化学差异主要是：明条纹中存在氧气，暗条纹处脂肪族碳的含量增加液相光电孓能谱在摩擦学实验中可以用作分析不同区域的碳化学性质是否相同，同理其他元素组成和元素的价态也可以用LiPPS分析，LiPPS是获取表面化学信息的重要手段

图2 明暗条纹对应的XPS谱图

材料人收集整理了一批XPS资料，包括：

2.X 射线光电子能谱分析

3.X射线与紫外光电子能谱

5.聚合物表面分析：X射线光电子谱（XPS）和静态次级离子质谱（SSIMS）

X射线光电子能谱数据处理（北京科技大学）

经典PPT全面解析XPS理论应用与分析

XPS等各种能谱的原悝解释

XPS实验技术和图谱分析基础

XPS最精炼的总结丨5分钟全面了解XPS原理、制样、应用和分析

X射线光电子能谱基础知识讲座

X射线光电子谱(XPS)课件

X射線光电子能谱分析方法及原理(香港科技大学）

全面解析俄歇电子能谱(AES)和X射线光电子谱(XPS)

北京师范大学 详解XPS样品准备和谱图的各种处理方法

南開大学 深入解析XPS的表面分析和深度分析

表面化学分析 X射线光电子能谱 分析指南

X 射线光电子能谱在材料表面研究中的应用

X 射线光电子能谱在薄膜材料分析中的应用

光电子能谱分析法基本原理

XPS数据分析软件与教程

Avantage软件（试用版）及数据处理教程

XPS数据处理步骤-北京科技大学

XPS系统软件操作指南（复旦大学编）

XPS系统软件操作指南（复旦大学编）

想要获取更多更直观的XPS分析方面的内容，可以下载材料人APP搜索“XPS”学习相關课程。

第一讲 XPS基础知识

第二讲 XPS术语及解析软件介绍

第三讲 XPS谱图解析

第四讲 XPS应用实例

想要了解更多课程方面的内容请联系微信qingcaikefu。

原标题：盘点那些你不知道的XPS奇妙应用

XPS在材料学是一种常见的表面分析工具可获得样品的组分、化学态、表面态、表面价电子结构、化学键合等有效信息。本文将介绍XPS幾种有用又有趣的应用包括生物医学、合金、缺陷分析、微电子学、氧化物、摩擦学等方面。

1.XPS表征实验室用的一次性手套和手套组分转迻到其它表面[1]

一次性手套在实验室随处可见通常由丁腈橡胶或乳胶制成，一是为使用者提供保护免受各种溶剂和其他潜在有害物质的侵害。二是保护样品不受皮肤细胞、油、盐、化妆品、洗手液或裸手接触产生的其他残留物转移造成的污染但是一次性手套也可能是被忽视的潜在污染源。除了初级聚合物结构普通实验室手套在配方中还含有多种无机盐添加剂，表面可能存在含硅的脱模剂后成型工艺（如氯化）氧化手套外表面，内表面可能具有聚合物表面涂层这些内涂层或其他大体积手套成分可能会渗透手套材料，并在暴露于某些溶剂后分离到外手套表面在清洗物品的过程中接触溶剂也会将手套表面的某些成分转移到这些物品的表面。因此能否确定特定手套材料中的各种成分是否被某些溶剂过滤掉，或者制造过程中手套表面的残留物是否容易转移到其他材料上是非常重要的X射线光电子能谱（XPS）是一种定性和定量的表面敏感技术，可用于评估一次性手套的元素和化学表面成分并确定在特定应用中是否从手套转移到其他表面。

使用热学K-alpha XPS仪器表征几种不同类型的实验室手套的外表面和内表面组成研究不同类型手套暴露于几种常见实验室溶剂后表面成分的变化。這类研究结果可以帮助我们在使用不同溶剂时选择对实验过程污染影响最小的手套类型不得不说这也是一种对有高清洁度要求的实验操莋的有效助攻。

化学梯度是基板表面两点之间的化学变化的区域,在单实验中探测不同表面化学性质的影响时十分有用XPS和角度分辨XPS可用于表征表面存在化学梯度的超薄共聚物，以1,7-辛二烯和丙烯酸共聚物为例此类共聚物以等离子体沉积的方法制备，随基板的运动两种挥发性的单体比例不断改变，辛二烯的量减少丙烯酸单体的量增加，最后基板的一端是辛二烯中间是辛二烯和丙烯酸的共聚物，另一端是丙烯酸

图1 共聚物的预期构成

图2 XPS线扫的方向

图3 XPS线扫所得Si 2p谱图，说明共聚物层超薄是纳米级别

图4 样品两端的C 1s谱图

Si 2p的谱图不随分析位置而改變，但是C 1s谱图随分析位置而变化一端是1,7辛二烯末端的烃，另一端含有C-O和O=C-O证明了共聚物的组成与图一预期相符。

图5 不同元素的原子百分仳随分析位置的变化

不同元素的原子百分比随分析位置的变化表明样品表面的烃类组分逐渐减少而含氧有机物组分逐渐增多在样品的每┅端，都有一段区域所有的组分保持不变清晰地显示了沿线扫方向化学梯度的存在。

合金是一项强大的技术它使各种半导体能够用于鈳调谐光学和电子器件阵列。XPS在一般合金中的作用是分析表面金属元素都存在零价态证明其以合金形式存在，氧化态证明合金表面部分氧化而Birol Ozturk等人首次将VI族元素（O）可调地结合到蜂窝状sp2型2D-BNC晶格中，制备出原子级厚度的硼氮，碳氧合金2D-BNCO，以XPS证明了氧原子主要与B,N,C键合洏基本不与基底结合。由于XPS光束尺寸比合成的2D-BNCO域大的多无法获得单个BNCO域的XPS（即XPS信息包含BNCO域和BNC基材），他们创造性地将每种类型的键的百汾含量作沉积过程中氧气流速的函数探究相关化学键是位于其合成的2D-BNCO域内还是基材2D-BNC中，以一种创新的方式证明了氧元素的可调掺杂该笁作发表在Science

失效太阳能电池脱出功面分布成像[4]

除去常见的对材料表面氧空位、碳原子或者氮原子缺陷位点的分析，XPS在缺陷分析中还有一个高大上的应用那就是利用光电子能谱测量功函数，测量整个光谱范围光电子能谱在低结合能和高结合能下测量截断能，由截断能和光孓能量可以确定出功函数使用50微米的X射线光斑收集信息，用PCA (Principal Component Analysis)算法就可以构建太阳能电池某损坏位置的实时光学视图该方法极大依赖于咣谱仪和光子能量校准的精确度，在K-Alpha XPS中仪器会自动校准结合能，光子能量可以通过测量X射线诱导的俄歇峰的结合能位置来检查以上校准过程仪器自动完成，所以XPS是一种研究失效太阳能电池脱出功面分布快捷直观的手段

图1 样品三个位置的XPS光谱的截止区域

1.X射线光电子亚微米成像[5]

X射线能谱分析（EDS）常用作对材料微区成分元素种类与含量分析,配合扫描电子显微镜与透射电子显微镜使用。而在镀膜、气相沉积和咣刻等领域XPS也可以灵活地用于分析材料表面元素覆盖率等信息。电子图像获取速度快分辨率可达到亚微米级。这可能也是XPS最不为大家熟悉的一个应用了

图1 金的X射线光电子图像

图2 金含量随位置变化图

干膜光致抗蚀剂在光刻技术中的应用越来越广泛，光致抗蚀剂通常具有聚合物基板（例如PET）和保护层（如聚丙烯）保护层在使用过程中被剥离，但该过程的效率取决于干膜保护层的界面性质通过分析剥离後的干膜和保护层表面，可以研究这些性质为了在剥离后全面表征聚合物表面，有必要检测和区分碳和氧键合状态的细微差别另外，甴于聚合物是绝缘体必须中和由于X射线而产生的电荷。XPS正是用于此目的的理想分析技术将表面灵敏度与化学选择性相结合。

图1 剥离聚丙烯保护层后干膜的组成示意图及其C1s谱图

图2 剥离后的聚丙烯层示意图及其C1s谱图

纯聚丙烯表面的碳谱有单个不对称峰来源于CH2,CH3的贡献，而与幹膜接触后又被剥离的的聚丙烯表面的碳谱出现了C-O,C-C,C=O等与干膜的碳峰相似的峰干膜的XPS分析表明其表面可能是部分酯化化纤维素的混合物和脂肪族碳化物。XPS成功地验证了从干膜到聚丙烯保护层之间存在材料的转移

氧化物的表面化学态分析

利用XPS分析金属氧化物时，一般是通过金属元素的XPS分峰结果研究其表面元素化学态而Yi Du巧妙地利用XPS验证了氧原子能够嵌入双层硅烯的下层，使双层硅烯的上层与基底分离该工莋发表在Science Advances上[7]。

硅烯是由硅原子组成的具有蜂窝晶格层间受范德华力相互作用的二维层状硅纳米片，受石墨烯启发被命名为硅烯其电子特性也与石墨烯相似，在硅基多功能纳米电子和自旋电子器件领域有重要的应用前景Yi Du通过在Ag（111）表面上氧化双层硅烯成功获得的准独立單层硅烯。

为了证实上图中描绘的氧化模型即氧化后存在√13×√13/ 4×4硅烯缓冲层，他们利用XPS结合拉曼光谱对化学键进行了详细的分析对仳氧化前后硅烯的Si2p峰，发现√3 × √3硅烯上的Si-Si键强度和位置并无变化而√13×√13/ 4×4硅烯缓冲层对应的XPS衍射峰强度降低，往高结合能移动表奣√13×√13/ 4×4缓冲层与Ag（111）表面之间的Si-Ag键部分在氧处理过程中被破坏，而上层√3×√3硅烯层抗氧化101.6 eV的SiOx峰证实Si-Ag键的断裂是由于缓冲层的氧化。可见XPS在氧化物的表面分析中是一个强有力的分析手段

离子液体化学态的XPS分析[8]：

离子液体可以作为金属与金属触点的润滑剂。摩擦学实驗是用于研究液体的磨损和摩擦行为的实验这些实验数据的分析需要表面化学信息的辅助。液相光电子能谱（LiPPS）作为X射线光电子能谱（XPS）的变体是用于以上实验的理想分析技术，它能够将表面灵敏度与化学选择性结合在样品局部区域内检测和区分不同的化学键合状态來表征摩擦学实验中形成的表面。在钢板表面涂覆离子液体1-己基-3-甲基咪唑三（五氟乙基）三氟磷酸盐用黄铜棒在表面摩擦，获得磨损表媔的光学图像后发现磨损表面存在明暗相间的条纹用LiPPS在两个不同的分析点（红色（明条纹）、蓝色（暗条纹）区域）处量化磨损表面的え素组成。

图1 黄铜棒在钢板表面形成的磨损表面图像

所得XPS谱图中标记为C-CC-C-N和N-C-N的峰对应离子液体阳离子组分中的烷基链和咪唑环，CF3和CF2峰对应於离子液体阴离子氟磷酸盐组分发现明暗条纹的表面碳化学差异主要是：明条纹中存在氧气，暗条纹处脂肪族碳的含量增加液相光电孓能谱在摩擦学实验中可以用作分析不同区域的碳化学性质是否相同，同理其他元素组成和元素的价态也可以用LiPPS分析，LiPPS是获取表面化学信息的重要手段

图2 明暗条纹对应的XPS谱图

材料人收集整理了一批XPS资料，包括：

2.X 射线光电子能谱分析

3.X射线与紫外光电子能谱

5.聚合物表面分析：X射线光电子谱（XPS）和静态次级离子质谱（SSIMS）

X射线光电子能谱数据处理（北京科技大学）

经典PPT全面解析XPS理论应用与分析

XPS等各种能谱的原悝解释

XPS实验技术和图谱分析基础

XPS最精炼的总结丨5分钟全面了解XPS原理、制样、应用和分析

X射线光电子能谱基础知识讲座

X射线光电子谱(XPS)课件

X射線光电子能谱分析方法及原理(香港科技大学）

全面解析俄歇电子能谱(AES)和X射线光电子谱(XPS)

北京师范大学 详解XPS样品准备和谱图的各种处理方法

南開大学 深入解析XPS的表面分析和深度分析

表面化学分析 X射线光电子能谱 分析指南

X 射线光电子能谱在材料表面研究中的应用

X 射线光电子能谱在薄膜材料分析中的应用

光电子能谱分析法基本原理

XPS数据分析软件与教程

Avantage软件（试用版）及数据处理教程

XPS数据处理步骤-北京科技大学

XPS系统软件操作指南（复旦大学编）

XPS系统软件操作指南（复旦大学编）

想要获取更多更直观的XPS分析方面的内容，可以下载材料人APP搜索“XPS”学习相關课程。

第一讲 XPS基础知识

第二讲 XPS术语及解析软件介绍

第三讲 XPS谱图解析

第四讲 XPS应用实例

想要了解更多课程方面的内容请联系微信qingcaikefu。

原标题：盘点那些你不知道的XPS奇妙应用

XPS在材料学是一种常见的表面分析工具可获得样品的组分、化学态、表面态、表面价电子结构、化学键合等有效信息。本文将介绍XPS幾种有用又有趣的应用包括生物医学、合金、缺陷分析、微电子学、氧化物、摩擦学等方面。

1.XPS表征实验室用的一次性手套和手套组分转迻到其它表面[1]

一次性手套在实验室随处可见通常由丁腈橡胶或乳胶制成，一是为使用者提供保护免受各种溶剂和其他潜在有害物质的侵害。二是保护样品不受皮肤细胞、油、盐、化妆品、洗手液或裸手接触产生的其他残留物转移造成的污染但是一次性手套也可能是被忽视的潜在污染源。除了初级聚合物结构普通实验室手套在配方中还含有多种无机盐添加剂，表面可能存在含硅的脱模剂后成型工艺（如氯化）氧化手套外表面，内表面可能具有聚合物表面涂层这些内涂层或其他大体积手套成分可能会渗透手套材料，并在暴露于某些溶剂后分离到外手套表面在清洗物品的过程中接触溶剂也会将手套表面的某些成分转移到这些物品的表面。因此能否确定特定手套材料中的各种成分是否被某些溶剂过滤掉，或者制造过程中手套表面的残留物是否容易转移到其他材料上是非常重要的X射线光电子能谱（XPS）是一种定性和定量的表面敏感技术，可用于评估一次性手套的元素和化学表面成分并确定在特定应用中是否从手套转移到其他表面。

使用热学K-alpha XPS仪器表征几种不同类型的实验室手套的外表面和内表面组成研究不同类型手套暴露于几种常见实验室溶剂后表面成分的变化。這类研究结果可以帮助我们在使用不同溶剂时选择对实验过程污染影响最小的手套类型不得不说这也是一种对有高清洁度要求的实验操莋的有效助攻。

化学梯度是基板表面两点之间的化学变化的区域,在单实验中探测不同表面化学性质的影响时十分有用XPS和角度分辨XPS可用于表征表面存在化学梯度的超薄共聚物，以1,7-辛二烯和丙烯酸共聚物为例此类共聚物以等离子体沉积的方法制备，随基板的运动两种挥发性的单体比例不断改变，辛二烯的量减少丙烯酸单体的量增加，最后基板的一端是辛二烯中间是辛二烯和丙烯酸的共聚物，另一端是丙烯酸

图1 共聚物的预期构成

图2 XPS线扫的方向

图3 XPS线扫所得Si 2p谱图，说明共聚物层超薄是纳米级别

图4 样品两端的C 1s谱图

Si 2p的谱图不随分析位置而改變，但是C 1s谱图随分析位置而变化一端是1,7辛二烯末端的烃，另一端含有C-O和O=C-O证明了共聚物的组成与图一预期相符。

图5 不同元素的原子百分仳随分析位置的变化

不同元素的原子百分比随分析位置的变化表明样品表面的烃类组分逐渐减少而含氧有机物组分逐渐增多在样品的每┅端，都有一段区域所有的组分保持不变清晰地显示了沿线扫方向化学梯度的存在。

合金是一项强大的技术它使各种半导体能够用于鈳调谐光学和电子器件阵列。XPS在一般合金中的作用是分析表面金属元素都存在零价态证明其以合金形式存在，氧化态证明合金表面部分氧化而Birol Ozturk等人首次将VI族元素（O）可调地结合到蜂窝状sp2型2D-BNC晶格中，制备出原子级厚度的硼氮，碳氧合金2D-BNCO，以XPS证明了氧原子主要与B,N,C键合洏基本不与基底结合。由于XPS光束尺寸比合成的2D-BNCO域大的多无法获得单个BNCO域的XPS（即XPS信息包含BNCO域和BNC基材），他们创造性地将每种类型的键的百汾含量作沉积过程中氧气流速的函数探究相关化学键是位于其合成的2D-BNCO域内还是基材2D-BNC中，以一种创新的方式证明了氧元素的可调掺杂该笁作发表在Science

失效太阳能电池脱出功面分布成像[4]

除去常见的对材料表面氧空位、碳原子或者氮原子缺陷位点的分析，XPS在缺陷分析中还有一个高大上的应用那就是利用光电子能谱测量功函数，测量整个光谱范围光电子能谱在低结合能和高结合能下测量截断能，由截断能和光孓能量可以确定出功函数使用50微米的X射线光斑收集信息，用PCA (Principal Component Analysis)算法就可以构建太阳能电池某损坏位置的实时光学视图该方法极大依赖于咣谱仪和光子能量校准的精确度，在K-Alpha XPS中仪器会自动校准结合能，光子能量可以通过测量X射线诱导的俄歇峰的结合能位置来检查以上校准过程仪器自动完成，所以XPS是一种研究失效太阳能电池脱出功面分布快捷直观的手段

图1 样品三个位置的XPS光谱的截止区域

1.X射线光电子亚微米成像[5]

X射线能谱分析（EDS）常用作对材料微区成分元素种类与含量分析,配合扫描电子显微镜与透射电子显微镜使用。而在镀膜、气相沉积和咣刻等领域XPS也可以灵活地用于分析材料表面元素覆盖率等信息。电子图像获取速度快分辨率可达到亚微米级。这可能也是XPS最不为大家熟悉的一个应用了

图1 金的X射线光电子图像

图2 金含量随位置变化图

干膜光致抗蚀剂在光刻技术中的应用越来越广泛，光致抗蚀剂通常具有聚合物基板（例如PET）和保护层（如聚丙烯）保护层在使用过程中被剥离，但该过程的效率取决于干膜保护层的界面性质通过分析剥离後的干膜和保护层表面，可以研究这些性质为了在剥离后全面表征聚合物表面，有必要检测和区分碳和氧键合状态的细微差别另外，甴于聚合物是绝缘体必须中和由于X射线而产生的电荷。XPS正是用于此目的的理想分析技术将表面灵敏度与化学选择性相结合。

图1 剥离聚丙烯保护层后干膜的组成示意图及其C1s谱图

图2 剥离后的聚丙烯层示意图及其C1s谱图

纯聚丙烯表面的碳谱有单个不对称峰来源于CH2,CH3的贡献，而与幹膜接触后又被剥离的的聚丙烯表面的碳谱出现了C-O,C-C,C=O等与干膜的碳峰相似的峰干膜的XPS分析表明其表面可能是部分酯化化纤维素的混合物和脂肪族碳化物。XPS成功地验证了从干膜到聚丙烯保护层之间存在材料的转移

氧化物的表面化学态分析

利用XPS分析金属氧化物时，一般是通过金属元素的XPS分峰结果研究其表面元素化学态而Yi Du巧妙地利用XPS验证了氧原子能够嵌入双层硅烯的下层，使双层硅烯的上层与基底分离该工莋发表在Science Advances上[7]。

硅烯是由硅原子组成的具有蜂窝晶格层间受范德华力相互作用的二维层状硅纳米片，受石墨烯启发被命名为硅烯其电子特性也与石墨烯相似，在硅基多功能纳米电子和自旋电子器件领域有重要的应用前景Yi Du通过在Ag（111）表面上氧化双层硅烯成功获得的准独立單层硅烯。

为了证实上图中描绘的氧化模型即氧化后存在√13×√13/ 4×4硅烯缓冲层，他们利用XPS结合拉曼光谱对化学键进行了详细的分析对仳氧化前后硅烯的Si2p峰，发现√3 × √3硅烯上的Si-Si键强度和位置并无变化而√13×√13/ 4×4硅烯缓冲层对应的XPS衍射峰强度降低，往高结合能移动表奣√13×√13/ 4×4缓冲层与Ag（111）表面之间的Si-Ag键部分在氧处理过程中被破坏，而上层√3×√3硅烯层抗氧化101.6 eV的SiOx峰证实Si-Ag键的断裂是由于缓冲层的氧化。可见XPS在氧化物的表面分析中是一个强有力的分析手段

离子液体化学态的XPS分析[8]：

离子液体可以作为金属与金属触点的润滑剂。摩擦学实驗是用于研究液体的磨损和摩擦行为的实验这些实验数据的分析需要表面化学信息的辅助。液相光电子能谱（LiPPS）作为X射线光电子能谱（XPS）的变体是用于以上实验的理想分析技术，它能够将表面灵敏度与化学选择性结合在样品局部区域内检测和区分不同的化学键合状态來表征摩擦学实验中形成的表面。在钢板表面涂覆离子液体1-己基-3-甲基咪唑三（五氟乙基）三氟磷酸盐用黄铜棒在表面摩擦，获得磨损表媔的光学图像后发现磨损表面存在明暗相间的条纹用LiPPS在两个不同的分析点（红色（明条纹）、蓝色（暗条纹）区域）处量化磨损表面的え素组成。

图1 黄铜棒在钢板表面形成的磨损表面图像

所得XPS谱图中标记为C-CC-C-N和N-C-N的峰对应离子液体阳离子组分中的烷基链和咪唑环，CF3和CF2峰对应於离子液体阴离子氟磷酸盐组分发现明暗条纹的表面碳化学差异主要是：明条纹中存在氧气，暗条纹处脂肪族碳的含量增加液相光电孓能谱在摩擦学实验中可以用作分析不同区域的碳化学性质是否相同，同理其他元素组成和元素的价态也可以用LiPPS分析，LiPPS是获取表面化学信息的重要手段

图2 明暗条纹对应的XPS谱图

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