K-Alpha: Chemical State Mapping of Polymers
Aplikace | 2018 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
Mapování chemického stavu polymerních povrchů je zásadní pro pochopení složení tenkých vrstev, jejich interakcí a vlastností. Umožňuje optimalizovat povrchové úpravy, odolnost materiálů a účinnost funkčních nátěrů v průmyslu i výzkumu.
Cílem dokumentu je předvést schopnosti systému Thermo Scientific K-Alpha XPS při kvalitativním a kvantitativním mapování polymerních vzorků. Jako modelový systém byl použit substrát potažený polymerem kyseliny akrylové, na který byly skrze měděnou mřížku namapovány oblasti polymeru fluorokarbonu.
Vzorek byl připraven napařením akrylové pryskyřice na křemíkové podložce, následnou expozicí plasma obsahující fluorokarbonový monomer pod mřížkou a vytvářením vzorku s plošným vzorem polymeru.
Vyhodnocením souhrnného C 1s spektra byla prokázána přítomnost esterových a fluorovanýpolymerových vazeb. Mapy na jednotlivých vazebných energiích ukázaly ostré rozhraní mezi hydrokarbonovou a fluorokarbonovou fází. Rekonstruované spektra z vybraných oblastí potvrdila, že fluorokarbon je lokalizován výhradně v exponovaných zónách a podložka je detekovatelná v místech pokrytých tenkou vrstvou fluorokarbonu. Tloušťková mapa odhadla vrstvu na úrovni několika nanometrů.
Mapování pomocí K-Alpha XPS nabízí:
Očekává se rozšíření mapovacích metod do operando studií, kde se sledují dynamické změny povrchů v reálném čase. Kombinace XPS s jinými povrchovými technikami (např. AFM, ToF-SIMS) umožní víceúrovňové charakterizace komplexních materiálů. Dále se předpokládá implementace automatizovaného zpracování dat a strojového učení pro rychlejší rozklad spekter a identifikaci neznámých složek.
Systém Thermo Scientific K-Alpha XPS prokázal schopnost detailního, rychlého a kvantitativního mapování chemického složení polymerních vzorků s vysokým prostorovým rozlišením. Paralelní sběr spekter, pokročilá analýza dat v prostředí Avantage a možnost stanovení tloušťky vrstev podtrhují přednosti této metody pro průmyslové i výzkumné aplikace.
X-ray
ZaměřeníMateriálová analýza
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
Mapování chemického stavu polymerních povrchů je zásadní pro pochopení složení tenkých vrstev, jejich interakcí a vlastností. Umožňuje optimalizovat povrchové úpravy, odolnost materiálů a účinnost funkčních nátěrů v průmyslu i výzkumu.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem dokumentu je předvést schopnosti systému Thermo Scientific K-Alpha XPS při kvalitativním a kvantitativním mapování polymerních vzorků. Jako modelový systém byl použit substrát potažený polymerem kyseliny akrylové, na který byly skrze měděnou mřížku namapovány oblasti polymeru fluorokarbonu.
Použitá metodika a instrumentace
Vzorek byl připraven napařením akrylové pryskyřice na křemíkové podložce, následnou expozicí plasma obsahující fluorokarbonový monomer pod mřížkou a vytvářením vzorku s plošným vzorem polymeru.
- Instrumentace: Thermo Scientific K-Alpha XPS se zaměřením paprsku na 30 µm, mikrofokusovaný monochromátor, multi-kanálový detektor, systém kompenzace náboje.
- Sběr dat: snímání C 1s a F 1s spekter do 64 kanálů v matici 67 × 94 pixelů s krokem 10 µm pomocí skenování vzorkové stolice.
- Analýza: nelineární nejmenší čtverce pro rozklad spekter, výpočet obrazů z jednotlivých vazebných energií, mapy atomových koncentrací a tloušťky vrstvy pomocí nástroje Overlayer Thickness Calculator v prostředí Avantage.
Hlavní výsledky a diskuse
Vyhodnocením souhrnného C 1s spektra byla prokázána přítomnost esterových a fluorovanýpolymerových vazeb. Mapy na jednotlivých vazebných energiích ukázaly ostré rozhraní mezi hydrokarbonovou a fluorokarbonovou fází. Rekonstruované spektra z vybraných oblastí potvrdila, že fluorokarbon je lokalizován výhradně v exponovaných zónách a podložka je detekovatelná v místech pokrytých tenkou vrstvou fluorokarbonu. Tloušťková mapa odhadla vrstvu na úrovni několika nanometrů.
Přínosy a praktické využití metody
Mapování pomocí K-Alpha XPS nabízí:
- Vysoké prostorové rozlišení řízené pouze velikostí X-ray spotu bez degradace na okrajích.
- Rychlou paralelní akvizici snapshot spekter v každém pixelu pro spolehlivé kvantitativní mapování chemických stavů.
- Neinvazivní určení tloušťky tenkých polymerních vrstev.
- Bezproblémovou analýzu izolantů díky kompenzaci povrchového náboje.
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se rozšíření mapovacích metod do operando studií, kde se sledují dynamické změny povrchů v reálném čase. Kombinace XPS s jinými povrchovými technikami (např. AFM, ToF-SIMS) umožní víceúrovňové charakterizace komplexních materiálů. Dále se předpokládá implementace automatizovaného zpracování dat a strojového učení pro rychlejší rozklad spekter a identifikaci neznámých složek.
Závěr
Systém Thermo Scientific K-Alpha XPS prokázal schopnost detailního, rychlého a kvantitativního mapování chemického složení polymerních vzorků s vysokým prostorovým rozlišením. Paralelní sběr spekter, pokročilá analýza dat v prostředí Avantage a možnost stanovení tloušťky vrstev podtrhují přednosti této metody pro průmyslové i výzkumné aplikace.
Reference
- Thermo Fisher Scientific Inc., Application Note AN31093, 2018.
- Plasso Technology Ltd., příprava vzorku Kristina Parry a Jason Whittle.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Theta Probe: Small Spot XPS Spectrometer with Parallel ARXPS Capability
2008|Thermo Fisher Scientific|Brožury a specifikace
Application Note: 31055 Theta Probe: Small Spot XPS Spectrometer with Parallel ARXPS Capability Description Key Words • Parallel ARXPS • Surface Analysis • Ultra-thin Films The Thermo Scientific Theta Probe, Figure 1, is a highperformance XPS instrument. Our patented Theta…
Klíčová slova
theta, thetathickness, thicknessxps, xpsprobe, probeparxps, parxpsgun, gunsample, sampleangle, anglemaps, mapsray, rayavantage, avantagedepth, depthoverlayer, overlayerturbomolecular, turbomolecularmulti
K-Alpha: A New Concept in XPS
2008|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Application Note: 31094 Key Words • Surface Analysis • Automation • Integrated Design • Monochromated, Small Spot XPS • Optimized Geometry K-Alpha: A New Concept in XPS Thermo Scientific K-Alpha has been designed to maximize the throughput and efficiency of…
Klíčová slova
view, viewreflex, reflexposition, positionplatter, platteralpha, alphaanalysis, analysisheight, heightgun, guncamera, cameraloadlock, loadlockillumination, illuminationlive, liveflood, floodavantage, avantagesample
The Avantage Data System
2008|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Application Note: 31005 The Avantage Data System Introduction Sample Alignment XPS • Data Acquisition The purpose of this document is to provide an overview of the Thermo Scientific Avantage data system. Many of the key features are described but, in…
Klíčová slova
image, imagedata, dataprocessing, processingavantage, avantagedepth, depthpeak, peakobject, objecttree, treedisplay, displayxps, xpsarxps, arxpsanode, anodegun, gunspectrum, spectrumfitting
Rapid XPS image acquisition using SnapMap
2018|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
APPLICATION NOTE AN52330 Rapid XPS image acquisition using SnapMap Author Introduction Robin Simpson Surface Analysis Application Scientist East Grinstead, United Kingdom SnapMap technology, available in the Thermo Scientific™ Nexsa™ and K-Alpha™ XPS systems, offers the surface analyst the ability to…
Klíčová slova
snapmap, snapmapimage, imagexps, xpspixel, pixelnexsa, nexsaavantage, avantagecan, canimages, imagesreflex, reflexray, raysnapshot, snapshotprocessing, processingmathematical, mathematicaluser, useroptions