Метод кількісного аналізу нанесених і змішаних дисперсних гетерогенних систем з урахуванням сферичної форми частинок носія. Можливості рентгенівської фотоелектронної спектроскопії для опису електронної структури поверхневого шару на модельних системах.
Аннотация к работе
Рентгенівська фотоелектронна спектроскопія дисперсних гетерогенних системРяд монографій, довідників і оглядів присвячено розвитку теоретичних основ методу, а також його практичному застосуванню до різноманітних фізичних і хімічних проблем: дослідженню електронної структури кристалів, вивченню електронної будови координаційних і елементоорганічних сполук, каталізу і реакціям на поверхні, технології полімерів тощо. Метод РФС дає змогу одержувати інформацію про особливості електронних станів атомів на поверхні, валентних і структурних перетворень, що відбуваються в поверхневому шарі в процесі різноманітних обробок і впливів. Вивчаючи валентний стан і хімічне оточення атомів поверхневого шару, дослідники здебільшого обмежуються аналізом енергетичних характеристик фотоелектронних спектрів: енергій звязку електронів остовних оболонок, хімічних зсувів, мультиплетних щеплень ліній, сателітної структури тощо. Курдюмова, затверджених Президією НАН України, за темами: «Дослідження фізико-хімічної природи кластерних утворень у конденсованих системах на основі лужних і 3d-металів» (№0196U007044, 1996-1999 p.), «Апаратура і методика визначення елементного складу дисперсних матеріалів» (1998-2000 p.), «Атомна й електронна будова дисперсних структур на основі металів із різноманітною структурною впорядкованістю» (№0100U000164, 2000-2002 р.), «Розробка неруйнівних методів кількісного аналізу дисперсних матеріалів» (2001-2003 p.), а також у межах міжнародної програми INCO за проектом «Цілеспрямоване створення нових монолітних матеріалів для комбінованої десульфуризації/денітрогенізації гарячого вугільного газу», №ІС15-CN98-0505 (у даному проекті автор був науковим керівником). Встановити взаємозвязок між інтенсивністю РФС-ліній і розмірами, формою частинок, довжиною вільного пробігу електронів, перерізом фотоіонізації електронних рівнів внутрішніх оболонок атомів, кінетичною енергією фотоелектронів, інтенсивністю потоку рентгенівського опромінення, ступенем заповнення поверхні та атомною концентрацією досліджуваного елемента.Загальна схема розрахунку інтенсивностей ліній припускала: теоретичний розрахунок потоку фотоелектронів для окремої частинки нанесеної фази і носія (з урахуванням геометричної форми), розрахунок потоку фотоелектронів для окремого шару частинок, теоретичний розрахунок сумарного потоку фотоелектронів для нескінченного числа шарів частинок з урахуванням поглинання електронів при проходженні верхніх шарів носія і нанесеної фази. 3) має вигляд: (1) де - пропускна спроможність спектрометра, Ek - кінетична енергія досліджуваних електронів, sss - переріз фотоіонізації досліджуваного рівня атомів носія, ssp - переріз фотоіонізації досліджуваного електронного рівня атомів нанесеної фази, ср - атомна концентрація досліджуваного елемента нанесеної фази p у зразку, cs - атомна концентрація досліджуваного елемента носія s у зразку, llss - довжина вільного пробігу електронів досліджуваного елемента носія при проходженні матеріалу носія, llsp - довжина вільного пробігу електронів досліджуваного елемента носія при проходженні матеріалу нанесеної фази, llpp- - довжина вільного пробігу електронів досліджуваного елемента нанесеної фази при проходженні матеріалу нанесеної фази, llps - довжина вільного пробігу електронів досліджуваного елемента нанесеної фази при проходженні матеріалу носія, Rp - радіус частинок нанесеної фази, Rs - радіус частинок носія. Ступінь заповнення поверхні носія частинками нанесеної фази f (вважається, що кожна частинка p «затінює» площу поверхні носія, яка дорівнює ) визначається відповідно до виразу: , (5) де rrp - густина матеріалу нанесеної фази, rrs - густина матеріалу носія, mp - вміст речовини p в зразку в% (мас). У межах сферичної моделі обгрунтовано, що для нанесених систем з низьким ступенем заповнення поверхні та низькою питомою поверхнею носія лінійна залежність відносної інтенсивності ліній у рентгенівських фотоелектронних спектрах від відносної концентрації елементів має місце за умови незмінності розмірів частинок нанесеної фази. На основі аналізу результатів кількісних оцінок впливу пружного розсіювання електронів на довжину вільного пробігу електронів, кутовий розподіл та інші параметри, показано, що для значного числа нанесених систем, що мають практичний інтерес (носій складається з легких елементів: C, SIO2, Al2O3, MGO; моноатомний або мономолекулярний розподіл нанесеної фази), використання експоненційної залежності ослаблення потоку електронів (straight line approximation) є цілком обгрунтованим, оскільки для легких елементів вплив ефектів, повязаних з пружним розсіюванням електронів, не є дуже істотним.У роботі розвинуто метод рентгенівської фотоелектронної спектроскопії з урахуванням особливостей його застосування для аналізу дисперсних гетерогенних систем.