nanočástice klastr rozměrový efekt Povrchové atomy v nanočásticích Jan Plšek

Podobné dokumenty
Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec

Metody analýzy povrchu

Metody analýzy povrchu

METODY ANALÝZY POVRCHŮ

Techniky prvkové povrchové analýzy elemental analysis

Úvod do fyziky tenkých vrstev a povrchů. Spektroskopie Augerových elektron (AES), elektronová mikrosonda, spektroskopie prahových potenciál

Fotoelektronová spektroskopie ESCA, UPS spektroskopie Augerových elektronů. Pavel Matějka

INTERAKCE IONTŮ S POVRCHY II.

Analýza vrstev pomocí elektronové spektroskopie a podobných metod

Metody povrchové analýzy založené na detekci iontů. Pavel Matějka

Vybrané spektroskopické metody

13. Spektroskopie základní pojmy

Obsah. Analýza povrchu (Nadpis 1) Shrnutí (Nadpis 2) Úvod (Nadpis 2)

ANALÝZA POVRCHU (NADPIS 1) 2 SHRNUTÍ (NADPIS 2) 2. Úvod (Nadpis 2) 2. Povrch, vakuum (Nadpis 2) 2 VZORKY 3. Principy (Nadpis 2) 6 XPS (Nadpis 3) 6

Studium elektronové struktury povrchu elektronovými spektroskopiemi

Metody charakterizace

Auger Electron Spectroscopy (AES)

Metoda XPS v Laboratoři povrchů a tenkých vrstev ÚFI

Pavel Matějka

Elektronová Mikroskopie SEM

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

10/21/2013. K. Záruba. Chování a vlastnosti nanočástic ovlivňuje. velikost a tvar (distribuce) povrchové atomy, funkční skupiny porozita stabilita

ZADAVATEL: Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i. Sídlem: Na Slovance 2, Praha 8 doc. Jan Řídký, DrSc., ředitel IČ:

Spektroskopie subvalenčních elektronů Elektronová mikroanalýza, rentgenfluorescenční spektroskopie

Spektroskopie Augerových elektronů AES. KINETICKÁ ENERGIE AUGEROVÝCH e - NEZÁVISÍ NA ENERGII PRIMÁRNÍHO ZDROJE

3. Vlastnosti skla za normální teploty (mechanické, tepelné, optické, chemické, elektrické).

Fotovodivost. Destička polovodiče s E g a indexem lomu n 1. Dopadající záření o intenzitě I 0 a hν E g. Do polovodiče pronikne záření o intenzitě:

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS

V001 Dokončení a kalibrace experimentálních zařízení v laboratoři urychlovače Tandetron

Program XPS XRD XRF. Martin Kormunda

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

Optické spektroskopie 1 LS 2014/15

VIBRAČNÍ SPEKTROMETRIE

Přednáška IX: Elektronová spektroskopie II.

Mikroskopie se vzorkovací sondou. Pavel Matějka

ANALYTICKÝ PRŮZKUM / 1 CHEMICKÉ ANALÝZY DROBNÝCH KOVOVÝCH OZDOB Z HROBU KULTURY SE ZVONCOVÝMI POHÁRY Z HODONIC METODOU SEM-EDX

ABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK (ZÁKLADY SPEKTROSKOPIE)

Elektronová mikroskopie SEM, TEM, AFM

Rentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm

Ab-inito teoretické výpočty pozitronových parametrů

Základy Mössbauerovy spektroskopie. Libor Machala

2. FYZIKÁLNÍ ZÁKLADY ANALYTICKÉ METODY RBS

Role teorie při interpretaci spekter RPES

Charakterizace koloidních disperzí. Pavel Matějka

METODY - spektrometrické

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Rentgenová difrakce a spektrometrie

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE - kvalitativní i kvantitativní detekce v GC a LC - pyrolýzní hmotnostní spektrometrie - analýza polutantů v životním

Techniky mikroskopie povrchů

ANALYTICKÝ PRŮZKUM / 1 CHEMICKÉ ANALÝZY ZLATÝCH A STŘÍBRNÝCH KELTSKÝCH MINCÍ Z BRATISLAVSKÉHO HRADU METODOU SEM-EDX. ZPRACOVAL Martin Hložek

Krystalografie a strukturní analýza

Plazmová depozice tenkých vrstev oxidu zinečnatého

SPEKTRÁLNÍ METODY. Ing. David MILDE, Ph.D. Katedra analytické chemie Tel.: ; (c) David MILDE,

Elektronová mikroanalýz Instrumentace. Metody charakterizace nanomateriálů II

DIFRAKCE ELEKTRONŮ V KRYSTALECH, ZOBRAZENÍ ATOMŮ

Testování nanovlákenných materiálů

Elektronová mikroskopie a RTG spektroskopie. Pavel Matějka

Nanokrystalické tenké filmy oxidu železitého pro solární štěpení vody

Světlo jako elektromagnetické záření

KOMPLEXY EUROPIA(III) LUMINISCENČNÍ VLASTNOSTI A VYUŽITÍ V ANALYTICKÉ CHEMII. Pavla Pekárková

Proč elektronový mikroskop?

Spektroskopie v UV-VIS oblasti. UV-VIS spektroskopie. Roztok KMnO 4. pracuje nejčastěji v oblasti nm

Počet atomů a molekul v monomolekulární vrstvě

C Mapy Kikuchiho linií 263. D Bodové difraktogramy 271. E Počítačové simulace pomocí programu JEMS 281. F Literatura pro další studium 289

Analytické metody využívané ke stanovení chemického složení kovů. Ing.Viktorie Weiss, Ph.D.

INTERPRETACE HMOTNOSTNÍCH SPEKTER

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

spinový rotační moment (moment hybnosti) kvantové číslo jaderného spinu I pro NMR - jádra s I 0

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.

Spektroskopické é techniky a mikroskopie. Spektroskopie. Typy spektroskopických metod. Cirkulární dichroismus. Fluorescence UV-VIS

Pokročilé cvičení z fyzikální chemie KFC/POK2 Vibrační spektroskopie

CHARAKTERIZACE MATERIÁLU II

XPS: X-Ray Photoelectron Spectroscopy. nebo také. ESCA: Electron Spectroscopy for Chemical Analysis

1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.

Jiří Oswald. Fyzikální ústav AV ČR v.v.i.

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce

Pozitronový mikroskop

Chemie a fyzika pevných látek l

Interakce laserového impulsu s plazmatem v souvislosti s inerciální fúzí zapálenou rázovou vlnou

Stručný úvod do spektroskopie

LABORATOŘ OBORU I ÚSTAV ORGANICKÉ TECHNOLOGIE (111) Použití GC-MS spektrometrie

PRINCIPY ZAŘÍZENÍ PRO FYZIKÁLNÍ TECHNOLOGIE (FSI-TPZ-A)

Zdroj: Bioceramics: Propertie s, Characterization, and applications (Biokeramika: Vlastnosti, charakterizace a aplikace) Překlad: Václav Petrák

Překryv orbitalů. Vznik vazby překryvem orbitalů na dvou různých atomech A, B Obsazeno dvojicí elektronů Ψ = Ψ A Ψ Β

Nanotechnologie a Nanomateriály na PřF UJEP Pavla Čapková

Příprava grafénu. Petr Jelínek

DZDDPZ1 - Fyzikální základy DPZ (opakování) Doc. Dr. Ing. Jiří Horák Institut geoinformatiky VŠB-TU Ostrava

Metody skenovací elektronové mikroskopie SEM a analytické techniky Jiří Němeček

Náboj a hmotnost elektronu

Modulace a šum signálu

INFRAČERVENÁ SPEKTROMETRIE A BIOSLOŽKY PALIV

Mikroskopie rastrující sondy

Secondary Ion mass spectrometry (SIMS)

Co je litografie? - technologický proces sloužící pro vytváření jemných struktur (obzvláště mikrostruktur a nanostruktur)

Atom vodíku. Nejjednodušší soustava: p + e Řešitelná exaktně. Kulová symetrie. Potenciální energie mezi p + e. e =

Úloha 1: Vypočtěte hustotu uhlíku (diamant), křemíku, germania a α-sn (šedý cín) z mřížkové konstanty a hmotnosti jednoho atomu.

Metody charakterizace nanomaterálů I

Transkript:

Jan Plšek nanočástice klastr rozměrový efekt alespoň jeen rozměr částice < 100 nm nanočástice ve formě shluku obsahujícího o 2 o 10 4 atomů změna rozměrů stuovaného objektu způsobí změnu jeho fyzikálních a chemických vlastností Příze z ovčí vlny obarvená pomocí nanočástic zlata o různých velikostech (University of Victoria, Nový Zélan) Povrchové atomy v nanočásticích Frakce povrchových atomů (ispersion) z celkového počtu N atomů v krychli Hyrogenace etylénu na platinových klastrech na Al 2 O 3 E. Rouner, Chem. Soc. Rev. 35 (2006) 583 A. Masson, et al. Surf. Sci. 173 (1986) 479.

Elektronová struktura makroskopický krystal kovu klastr velký stření malý atom p = 0 s > 10 nm Elektronové spektroskopie monoenergetický zroj buících částic analyzátor energií elektronů a etektor vzorek rozělení pole buzení elektronů fotony ultrafialová a rentgenová fotoelektronová spektroskopie (UPS, XPS) elektrony Augerova elektronová spektroskopie (AES) spektroskopie charakteristických ztrát (EELS)

I 0 200 400 600 800 1000 Fotoelektronová spektroskopie XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) Fotoemise z vnitřní hlainy Deexcitace Augerovým procesem Vakuum Vakuum L 23 L 1 L 23 L 1 K K = E B + E kin Schéma fotoelektronového spektrometru - analyzátor + násobič vzorek zroj záření EB [ev] Obvykle se užívají rtg. zroje s energií Mg Kα raiation : = 1253.6 ev Al Kα raiation : = 1486.6 ev

Hloubka získané informace v XPS stření volná ráha (Å) energie elektronů (ev) vzorek Beerův-Lambertův zákon λ cos Θ = I e 0 I Signál z hloubky exponenciálně klesá 95 % informací získaných ze signálu XPS pochází z povrchové vrstvy o tloušťce 3λ Tloušťka vrstvy analyzované činí v závislosti na chemickém složení stuovaného materiálu 1-5 nm, jená se tey o povrchově selektivní metou. Dosahované laterální rozlišení je několik µm. Příkla aplikace: 1. Moifikované polymery Tenké vrstvy biokomaptibilních polymerů zmírňují imunitní reakci organismu. Míra jejich biokomatibility závisí na jejich interakci s biologickým okolím. Prvním krokem této interakce je asorpce proteinů, která může být silně závislá na stavu povrchu. AFM obrazy nemoifikovaného (vlevo) a moifikovaného mikrovlnami v kyslíku (vpravo) COC po asorpci kolagenu Pro moifikaci povrchu byl použit mikrovlný reaktor, interakce s biologickým okolím byla stuována pomocí asorpce kolagenu. Stuované polymery: COC (Topas 8007, cykloolefinový kopolymer) EXACT 0210 (kopolymer ethylen + okten) BLEND směs COC/EXACT 60/40 I. Spirovová, P. Jana, Z. Kruliš, M. Petrtýl, Z. Bastl ECASIA 07, Brusel 2007

Příkla aplikace: 1. Moifikované polymery Ientifikace prvků Kažá vnitřní hlaina určitého prvku je spojena s určitou honotou vazebné energie, tj. kažý prvek vykazuje charakteristickou sérii píků ve fotoelektronovém spektru Fotoelektronové spektrum biokomaptibilních polymerů s asorbovaným kolagenem. Přítomnost kolagenu lze snano prokázat přítomnosti usíku (linie N1s ve spektru) I. Spirovová, P. Jana, Z. Kruliš, M. Petrtýl, Z. Bastl ECASIA 07, Brusel 2007 Příkla aplikace: 1. Moifikované polymery moifikace MW INTENSITY (arb.units) C 1s C-C,-CH x C-O- -C=O O=C-O O/C=0.19 COC Ientifikace chemických stavů Různé chemické stavy téhož prvku (oxiační stavy prvku nebo jeho olišné chemické okolí) způsobují posun linie O/C=0.18 BLEND 280 284 288 292 BINDING ENERGY (ev) Fotoelektronové spektrum C1s elektronů povrchu biokomaptibilních polymerů moifikovaných v mikrovlnném reaktoru I. Spirovová, P. Jana, Z. Kruliš, M. Petrtýl, Z. Bastl ECASIA 07, Brusel 2007

Příkla aplikace: 2. Bimetalické nanočástice na grafitu vytvořené pomocí laserové pulsní epozice (PLD) Okno Terč Au 75 Pt 25 Obraz povrchu pomocí mikroskopu atomárních sil (AFM) N:Yag laser Pluma Vzorek Vysoce orientovaný grafit (HOPG) Vakuová komora Vývěvy J. Plšek, P. Jana, Z. Bastl Collect.Czech. Chem. Commun. (2007), přijato o tisku In-situ kontrola tvorby bimetalických nanočástic pomocí PLD Pt 4f Au 4f C1s Au 4 Pt 4 Au 4p 3/2 Au 4p1/2 1,6 monovrstvy AuPt Au 4s AuPt HOPG Intenzita 0,05 monovrstvy AuPt AuPt HOPG C1s 0 200 400 600 800 E B HOPG

Kvantitativní analýza I = ΦσNke x λ cosθ x x Homogenní materiál I intenzita Φ tok fotonů σ fotoionizační průřez pro emisi fotonu aného prvku a elektronové hlainy N počet atomů na jenotkovou plochu k přístrojový člen λ stření volná ráha θ úhel mezi normálou povrchu a etegovanými elektrony Homogenní vzorek I=ΦσNkλcosθ Pro zjenoušení výpočtu se v praxi počítá s relativními intenzitami Kvantitativní analýza nanostrukturních materiálů e- C B A G. K. Wertheim, et al. Phys. Rev. B 37 (1988) 844. D.Q. Yang, et al. J. Appl. Phys. 97 (2005) 24303. M. Mohai software XPS MultiQuant http://www.chemres.hu/aki/xmqpages/xmqhome.htm

Příkla aplikace: 2. Bimetalické nanočástice na grafitu vytvořené pomocí PLD intenzita 1,6 monovrstvy AuPt 0,05 monovrstvy AuPt Au 4f 7/2 zmenšeno 300x Au 4f 5/2 pokrytí povrchu, monovrstvy 0.4 Pt Au 0.2 0.0 3.9 0 50 100 150 200 250 laserové pulsy Pt 4f 7/2 Pt 4f 5/2 3.6 Au/Pt 3.3 70 75 80 85 90 95 E B (ev) 3.0 50 100 150 200 250 Laserové pulsy Ostranění elektronu u 4f poslupky vee íky spin-orbitální interakci ke věma energeticky různým stavům iontu, které se ve spektru projeví jako ublet (s výjimkou s hlain to platí i pro všechny ostatní hlainy) Závislost vazebné energie na pokrytí Bimetalické nanočástice na grafitu vytvořené pomocí PLD 84.6 84.4 Au Au 75 Pt 25 E B, ev 84.2 84.0 83.8 0.0 0.5 1.0 1.5 m, MLE Vazebná energie Au 4f 5/2 klesá s pokrytím povrchu ( velikostí částic) nelze vysvětlit pouze změnou elektronové struktury klastrů (tj. tzv. počátečním stavem fotoemise) významnou roli hraji i coulombická interakce mezi emitovaným elektronem a írou kterou zanechal elektron v klastru (tzv. konečný stav fotoemise) tato interakce způsobí pokles kinetické energie fotoelektronu vzrůst vazebné energie)

Určení povrchového koncentračního graientu úhlově rozlišená fotoemise analyzátor analyzátor C B A λ C B A λ tečnější etekční úhel fotoelektron jehož ráha k povrchu je rovna λ pochází z vrstvy blíže provrchu zvyšuje se povrchová citlivost Moifikované polymery Hloubkové rozložení funkčních skupin vytvořených na povrchu polymeru plasmatickou oxiací určené z úhlově rozlišených spekter I. Spirovová, P. Jana, Z. Kruliš, M. Petrtýl, Z. Bastl ECASIA 07, Brusel 2007

Analýza neelasticky rozptýlených elektronů Neelasticky rozptýlené elektrony tvoří ve fotoelektronovém spektru pozaí (roste s rostoucí vazebnou energií). Zjištění průběhu tohoto pozaí je klíčové pro kvantitativní analýzu vzorku. Neelasticky rozptýlené elektrony jsou rovněž ůležitým zrojem informací. Fotoelektronové spektrum měi přítomné vrůzných nanostrukturách. Zatímco pozice a intenzita Cu2p linie zůstává u všech přípaů stejná, tvar pozaí je silně ovlivněn typem nanostruktury (použito z manuálu programu QUASES - Quantitative Analysis of Surfaces by Electron Spectroscopy, S. Tougaar). Shrnutí Fotoelektronovou spektroskopii použijeme zejména poku chceme znát opověi na tyto otázky: 1. Jaké prvky jsou přítomny v povrchové oblasti? 2. V jakých chemických stavech se tyto prvky nacházejí? 3. Jaká je koncetrace prvků s jenotlivými chemickými stavy? 4. Jaký je hloubkový koncentrační profil těchto prvků?

Experimentálních techniky užívané v kombinaci s metoami fotoelektronové spektroskopie při stuiu nanostrukturních materíálů AES Augerova elektronová spektroskopie SIMS hmotnostní spektroskopie sekunárních iontů ISS spektroskopie rozptýlených iontů techniky mikroskopické SEM řákovací elektronová mikroskopie TEM transmisní elektronová mikroskopie AFM mikroskopie atomárních sil