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Der Photoeffekt macht die Elektronenenergien der Probe messbar

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Eine sehr empfindliche oberflächensensitive Methode ist die Photoelektronenspektroskopie (PES, ESCA,
XPS, UPS) Wenn wir Röntgenstrahlen auf eine Probe einwirken lassen, so dringen diese sehr tief in die Oberfläche ein. Die Elektronen, die nach dem Photoeffekt entstehen, haben jedoch nur eine sehr geringe Reichweite im Material. Im Detektor nachgewiesene Elektronen stammen also
aus sehr oberflächennahen Schichten. Durch Verändern der Messgeometrie (Drehen von Detektor/Probe) kann die Oberflächensensitivität noch erhöht werden. Der schematische Aufbau eines Photoelektronen-Spektroskopie-Experiments ist hier gezeigt: Wir haben eine Photonen-Quelle, zum Beispiel eine Röntgen-Quelle. Wir schießen mit diesem Licht auf die Probe und analysieren die Elektronen, die aus der Probe emittiert werden. Typisch für diese Spektroskopie-Art ist der Elektronen-Energie-Analysator, der oft die Form einer Halbkugel hat. Wir formulieren die Energiebilanz: Photonen-Energie minus Elektronen-Energie - diese
Differenz ist ein Maß für die Bindungsenergie der Elektronen und der Austrittsarbeit. Das bedeutet, wir haben chemische Informationen über die Probe. Die Elektronen, die wir in diesem Beispiel detektiert haben, besaßen in der Probe eine Bindungsenergie von 543,1 eV. Aus Tabellen können wir entnehmen, dass dies der K1s Energie des Sauerstoffs entspricht. Wir haben damit offensichtlich Sauerstoff auf der Oberfläche detektiert. Ein Signal bei 284,3 eV wäre z.B. ein klares Indiz für die Anwesenheit von Kohlenstoff. Mit dem Photoeffekt verschieben wir praktisch das Zustandsdichtediagramm des Festkörpers nach "außen" und machen es als kinetische Energie der Elektronen sichtbar. Wir können sowohl Elektronen-Rumpf-Niveaus nachweisen und damit Aussagen über die Elementzusammensetzung machen, als auch Elektronen aus den Valenzbändern analysieren, dann haben wir Informationen über die genaue chemische Umgebung eines Elementes. Zur Anregung von Rumpfelektronen verwenden wir Röntgenstrahlung (XPS) als Photonen. Zur Anregung der Valenzelektronen reicht UV-Licht (UPS). In jedem Fall gilt die Energiebilanz der Photoelektronenspektroskopie
E(Ph)=E(El.)+E(Bind.)+E(Austr.) . Hier sehen wir das Photoelektronenspektrum
einer behandelten PET-Folie. Wir erkennen die typischen Sauerstoff (~543 eV)- und Kohlenstoff-Bindungsenergien (~284 eV). Aus dem genauen Lage der Bindungsenergie (284, 286, 288 eV?) können wir
Rückschlüsse ziehen auf die chemische Umgebung z.B. des Kohlenstoffs. Unbehandeltes Polypropylen (PP) besitzt sehr einheitliche Kohlenstoffatome. Dies
ändert sich nach einer Flammen-Behandlung: Wir können hier mindestens vier verschiedene chemische Umgebungen des Kohlenstoffs detektieren. (Zusammenfassung) Bei der
Photoelektronenspektroskopie
Röntgengerät
Enzymsubstrat
Elektron <Legierung>
Photoeffekt
Kohlenstoff
Elektron <Legierung>
Sauerstoff
Photoelektronenspektrum
Photoelektronenspektroskopie
Spectrin
Bindungsenergie
Bindungsenergie
Valenzelektron
Photoeffekt
Polypropylen
Flamme
Chemisches Element
Sauerstoffverbindungen
Bindungsenergie
Bindungsenergie
Roentgenium
Polypropylen
Polypropylen
Sauerstoff
Spektroskopie
Spectrin
Kohlenstoffatom
Roentgenium
Spektroskopie
Chemische Bindung
Kohlenstoffatom

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Der Photoeffekt macht die Elektronenenergien der Probe messbar
Serientitel Einführung in die Oberflächenanalytik
Teil 12
Anzahl der Teile 12
Autor Lauth, Günter Jakob
Mitwirkende Lauth, Anika (Medientechnik)
Lizenz CC-Namensnennung - keine kommerzielle Nutzung 3.0 Deutschland:
Sie dürfen das Werk bzw. den Inhalt zu jedem legalen und nicht-kommerziellen Zweck nutzen, verändern und in unveränderter oder veränderter Form vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen, sofern Sie den Namen des Autors/Rechteinhabers in der von ihm festgelegten Weise nennen.
DOI 10.5446/15753
Herausgeber Günter Jakob Lauth (SciFox)
Erscheinungsjahr 2013
Sprache Deutsch
Produktionsjahr 2013
Produktionsort Jülich

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Physik, Chemie

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