CN104807846A - X射线光电子能谱表征磷酸盐激光玻璃表面水解、潮解、风化程度和过程的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种磷酸盐激光玻璃表面水解、潮解、风化程度和过程的表征方法，该方法是采用X射线光电子能谱测定样品表面氧、磷、铝元素的结合能谱，再将所测能谱的峰位、峰强、半宽、线型转化为元素种类、元素含量和含量比、化学价态和配位等信息，并通过上述信息建立水解、潮解、风化时间与表面余留成分和结构的关系。该方法的特点在于，不仅能够对磷酸盐玻璃各种成分在水解、潮解、风化过程中各自的表面含量变化进行表征，而且可以同时表征出玻璃表面结构在水解、潮解、风化过程中的变化，即可实现对磷酸盐玻璃水解、潮解、风化的成分—结构的同步表征。
Description
技术领域
本发明涉及磷酸盐激光玻璃样品表面成分和结构性质变化的同步表征，具体是玻璃表面水解、潮解、风化的表征。
背景技术
磷酸盐玻璃具有激活离子掺杂浓度高，热膨胀系数低，熔制温度低，易于制备大尺寸玻璃等优点，成为当前激光惯性约束核聚变装置的增益介质。然而，磷酸盐激光玻璃化学稳定性较弱，易被加工过程或工作环境中的水所侵蚀并产生表面微裂纹。此类缺陷将降低激光玻璃的抗损伤阈值，并影响聚变激光驱动器的通量。所以，对于激光玻璃表面水解、潮解、风化的表征将有助于判断其表面侵蚀与破坏程度，并为其表面水解、潮解、风化反应机理研究提供定量标定与结构信息。
目前，对玻璃材料水解的表征主要有质量损失、离子释放率、红外光谱、拉曼光谱等方法。质量损失法是以单位时间内单位表面积损失的样品质量表征玻璃材料的水解程度，而离子释放率法则采用水解溶液中离子浓度随时间变化作为表征手段。以上两种方法能够表征不同组分玻璃耐水性的强弱，但是并不反应水解过程中的结构变化。红外光谱和拉曼光谱能够表征玻璃水解过程中结构的变化，但其谱线十分复杂，不易对水解过程中表面成分及结构变化进行定量标定。更重要的是，以上分析方法均不能充分表征水解过程中玻璃表面的变化，而水解所导致的激光玻璃工作过程中的破坏常发生在表面纳米或微米量级的深度。
作为一种无损分析方法，X射线光电子能谱探测深度浅，是一种有效的表面分析手段。更特别的是，其能够同时提供定量信息与结构信息，这不仅适用于表征磷酸盐激光玻璃表面受到水解、潮解、风化反应后被侵蚀的程度，而且通过对一系列已知反应时间的样品进行测试与表征，还可以建立表面余留成分和结构随反应时间的连续变化关系，这将有助于磷酸盐激光玻璃表面水解、潮解、风化反应机理和过程的研究。
发明内容
针对以上存在的技术问题，本发明提供一种用X射线光电子能谱表征磷酸盐激光玻璃表面水解、潮解、风化过程和程度的方法，该方法能同时表征样品的表面余留成分、结构随水解时间的变化，能够对水解过程进行定性或定量的表述。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
一种用X射线光电子能谱对经历水解、潮解、风化的激光玻璃样品的表面余留成分和结构进行表征的方法，包括如下步骤：
1、对于经历单次确定时间反应的单个样品：
(1)将粉体样品或块体样品以乙醇、甲醇或丙酮试剂清洗；
(2)将清洗后的样品放入干燥装置直至其干燥，以备反应；
(3)将干燥后样品按照确定反应时间进行水解、潮解或风化反应；
(4)将反应后的样品放入干燥装置直至其干燥，以备测试；
(5)将块体样品固定于X射线光电子能谱仪样品台，或将粉体样品压入样品槽后固定于能谱仪样品台；
(6)测定待测样品的氧、磷、铝元素的光电子能谱；
(7)根据样品与能谱仪的具体情况选择合适的元素灵敏度因子和线型函数，处理上述光电子能谱的峰位、峰强、半宽、线型并得到包括：元素种类、元素含量和含量比、化学价态和配位信息。
2、对于经历多次确定时间反应的单个样品：
(8)重复上述步骤(1)到(7)，直至完成该样品所有规定反应时间所对应表面信息的测试与表征；
(9)建立元素种类、元素含量和含量比、化学价态和配位信息等表征量随反应时间的连续变化关系。
3、对于经历单次确定时间反应的一组样品：
(1)将块体样品切割成具有相同尺寸的一组样品并精密抛光，或将粉体样品分离成具有相同质量的一组样品；
(2)对该组样品中的每一单个样品均实施上述步骤(1)到(7)，其区别只是在于步骤(3)中反应时间不同；
(3)建立元素种类、元素含量和含量比、化学价态和配位信息等表征量随反应时间的连续变化关系。
与现有技术相比，本发明的技术效果是：可以无损表征样品的表面信息，并同时表征样品的表面余留成分、结构变化与水解时间的对应关系，能够对样品水解程度和过程进行定性或定量的描述。
附图说明
图1为实施例2的经历水解处理的激光玻璃表面磷铝元素含量比和其水解时间的关系，样品均为粉体。
图2为实施例3～4的经历水解处理的激光玻璃表面氧磷元素含量比和其水解时间的关系，样品均为粉体。
图3为实施例3的经历水解处理的激光玻璃表面氧磷元素含量比和其P-2p能级半高全宽的关系，样品均为粉体。
图4为实施例4的经历水解处理的激光玻璃表面氧磷元素含量比和其O-1s能级结合能峰位的关系，样品均为粉体。
图5为实施例5的经历水解处理的激光玻璃O-1s能级结合能分峰，样品均为粉体。其中a为未水解样品的O-1s能级结合能分峰；b为经过6小时水解样品的O-1s能级结合能分峰；c为经过24小时水解样品的O-1s能级结合能分峰；d为经过2天水解样品的O-1s能级结合能分峰；e为经过10天水解样品的O-1s能级结合能分峰；f为经过30天水解样品的O-1s能级结合能分峰。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
一种磷酸盐激光玻璃表面水解的X射线光电子能谱表征方法，其表征量为单个粉体样品的磷铝元素含量比。该样品经历过一次2天水解。
(1)将N31型磷酸盐激光玻璃粉体样品以乙醇清洗5分钟；
(2)将清洗后的样品放入干燥装置直至其干燥；
(3)取出干燥后样品4g投入装有400mL纯水的聚四氟乙烯容量瓶中，在80℃下恒温水浴2天；
(4)将清洗后样品取出并放入干燥装置直至其干燥；
(5)将干燥后粉体样品压入样品槽中并固定于能谱仪样品台；
(6)以K-alpha型X射线光电子能谱仪测定待测样品的磷、铝元素的光电子能谱；
(7)以该设备推荐的灵敏度因子和高斯-洛伦兹比为0.3的线型函数处理上述光电子能谱，得到该样品表面磷铝元素含量比为2.44，而未水解样品表面磷铝元素含量比则为6.02。
实施例2
一种磷酸盐激光玻璃表面水解的X射线光电子能谱表征方法，其表征量为单个粉体样品的磷铝元素含量比。该样品经历过从0.5小时至30天的多次水解，每次水解完成后均测定其能谱。
(1)将N31型磷酸盐激光玻璃粉体样品以乙醇清洗；
(2)将清洗后的样品放入干燥装置直至其干燥；
(3)取出干燥后样品4g投入装有400mL纯水的聚四氟乙烯容量瓶中，在80℃下恒温水浴若干时间；
(4)将清洗后的样品放入干燥装置直至其干燥；
(5)将干燥后粉体样品压入样品槽中并固定于能谱仪样品台；
(6)以K-alpha型X射线光电子能谱仪测定待测样品的磷、铝元素的光电子能谱；
(7)以该设备推荐的灵敏度因子与高斯-洛伦兹比为0.3的线型处理上述光电子能谱，并得到单次水解后该样品表面磷铝元素含量比；
(8)重复步骤(1)到(7)直至完成该样品所有规定水解时间所对应表面信息的测试与表征；
(9)以该样品水解时间为横坐标，表面磷铝元素含量比为纵坐标作图，结果如图1所示，随着水解时间增加，样品表面磷铝元素含量比单调下降。
实施例3
一种磷酸盐激光玻璃表面水解的X射线光电子能谱表征方法，其表征量为一组有确定水解时间的样品表面的氧磷元素含量比和P-2p能级的半高全宽。该组中单个样品水解时间从0.5小时至30天不等。
(1)将N31型磷酸盐激光玻璃粉体样品分离成一组样品，其中每个样品质量为4g；
(2)将上述一组样品以乙醇清洗5分钟；
(3)将清洗后的样品放入干燥装置直至其干燥；
(4)将上述一组样品分别投入装有400mL纯水的聚四氟乙烯容量瓶中，在80℃下恒温水浴，完成各自规定的水解时间；
(5)水解结束后取出样品并放入干燥装置直至其干燥；
(6)将干燥后单个粉体样品压入样品槽中并固定于能谱仪样品台；
(7)以K-alpha型X射线光电子能谱仪测定待测样品的氧、磷元素的光电子能谱；
(8)以该设备推荐的灵敏度因子与高斯-洛伦兹比为0.3的线型处理上述光电子能谱，并得到单次水解后该样品表面氧磷元素含量比和P-2p能级半高全宽；
(9)重复步骤(6)到(8)直至完成一组样品的测试与表征；
(10)以该组样品各自水解时间为横坐标，表面氧磷元素含量比为纵坐标作图，结果如图2所示，随着水解时间增加，样品表面氧磷元素含量比单调上升；
(11)以该组样品各自表面氧磷元素含量为横坐标，P-2p能级半高全宽为纵坐标作图，结果如图3所示，随着表面氧磷含量比上升，P-2p能级半高全宽先上升后下降。
实施例4
一种磷酸盐激光玻璃表面水解的X射线光电子能谱表征方法，与实施例3基本相同，所不同的只是将表征量改变为一系列样品表面氧磷元素含量比和O-1s能级的结合能峰位。
该组样品表面氧磷元素含量比随水解时间的变化关系如图3所示，随着水解时间上升，其表面氧磷含量比单调上升。
该组样品O-1s能级的结合能峰位随表面氧磷元素含量比变化的关系如图4所示，随着表面氧磷含量比上升，O-1s能级的结合能峰位先上升后下降。
实施例5
一种磷酸盐激光玻璃表面水解的X射线光电子能谱表征方法，其表征量为一组样品表面的氧元素的分峰。该组样品包括未水解样品和分别经过6小时、24小时、2天、10天、30天水解的样品，每次水解完成后均测定其能谱。
(1)将N31型磷酸盐激光玻璃粉体样品分离成一组样品，其中每个样品质量为4g，共包含6个样品；
(2)将上述一组样品以乙醇清洗5分钟；
(3)将清洗后的样品放入干燥装置直至其干燥；
(4)将上述一组样品分别投入装有400mL纯水的聚四氟乙烯容量瓶中，在80℃下恒温水浴，各自水解时间为0小时、6小时、24小时、2天、10天、30天；
(5)水解结束后取出样品并放入干燥装置直至其干燥；
(6)将干燥后单个粉体样品压入样品槽中并固定于能谱仪样品台；
(7)以K-alpha型X射线光电子能谱仪测定待测样品的氧元素的光电子能谱；
(8)以高斯-洛伦兹比为0.3的线型处理上述光电子能谱，并得到单次水解后该样品O-1s能级结合能谱线的合理分峰；
(9)重复(6)到(8)直至完成一组样品的测试与表征；
(10)O-1s能级结合能分峰随水解时间变化如图5所示，随着水解时间增加，0-1s分峰表现为高结合能位置第一峰比例不断减小，而中间结合能位置的第二峰比例不断增大。
经试验表明，本发明适用于：
(1)激光玻璃在实际应用过程中受到的水解、潮解、风化后被侵蚀程度的表征；
(2)激光玻璃耐水解、潮解、风化有关化学稳定性的表征和对比；
(3)激光玻璃在水解、潮解、风化过程中各时间阶段的化学稳定性的表征；
(4)在上述表征中需要成分—结构相互对应的同步表征。
本发明表征方法的特点在于：
(1)对磷酸盐激光玻璃的水解进行无损表征；
(2)用于表征的测试信息均来自于样品表面，其信息深度在100nm以内，与水解反应作用深度和材料激光损伤产生深度在同一量级；
(3)可以同时表征水解、潮解、风化过程中样品的表面余留成分、结构随水解时间的变化；
(4)可以定量表征水解、潮解、风化过程中样品的表面余留成分、结构随水解时间的变化。
Claims (3)
1.一种X射线光电子能谱表征磷酸盐激光玻璃表面水解、潮解、风化程度和过程的方法，其特征在于，对于经历单次确定时间反应的单个样品,该方法包括以下步骤：
(1)将粉体样品或块体样品以乙醇、甲醇或丙酮试剂清洗；
(2)将清洗后的样品放入干燥装置直至其干燥，以备反应；
(3)将干燥后样品按照确定反应时间进行水解、潮解或风化反应；
(4)将反应后的样品放入干燥装置直至其干燥，以备测试；
(5)将块体样品固定于X射线光电子能谱仪样品台，或将粉体样品压入样品槽后固定于能谱仪样品台；
(6)测定待测样品的氧、磷、铝元素的光电子能谱；
(7)根据样品与能谱仪的具体情况选择合适的元素灵敏度因子和线型函数，处理上述光电子能谱的峰位、峰强、半宽、线型并得到包括：元素种类、元素含量和含量比、化学价态和配位信息。
2.根据权利要求1所述的X射线光电子能谱表征磷酸盐激光玻璃表面水解、潮解、风化程度和过程的方法，其特征在于，对于经历多次确定时间反应的单个样品,该方法还包括如下步骤：
(8)重复所述的步骤(1)到(7)，直至完成该样品所有规定反应时间所对应表面信息的测试与表征；
(9)建立元素种类、元素含量和含量比、化学价态和配位信息等表征量随反应时间的连续变化关系。
3.根据权利要求1所述的X射线光电子能谱表征磷酸盐激光玻璃表面水解、潮解、风化程度和过程的方法，其特征在于，对于经历单次确定时间反应的一组样品，该方法还包括如下步骤：
在所述的步骤(1)前，先将块体样品切割成具有相同尺寸的一组样品并精密抛光，或将粉体样品分离成具有相同质量的一组样品；然后，对该组样品中的每一单个样品均进行所述的步骤(1)到(7)，直至完成该样品所有规定反应时间所对应表面信息的测试与表征；最后，建立元素种类、元素含量和含量比、化学价态和配位信息等表征量随反应时间的连续变化关系。
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|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106645252A (zh) * | 2016-12-25 | 2017-05-10 | 首钢总公司 | 一种表征材料表面元素分布的xps成像分析方法 |
| CN112946001A (zh) * | 2019-11-26 | 2021-06-11 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 针对固液激光器冷却液中固态颗粒污染物的成份鉴定方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009063322A (ja) * | 2007-09-04 | 2009-03-26 | Hiroshima Univ | ダイヤモンド様薄膜の評価方法、評価装置及び評価用プログラム |
| CN103178253A (zh) * | 2011-12-26 | 2013-06-26 | 太阳诱电株式会社 | 锂钛复合氧化物、使用其的电池用电极和锂离子二次电池 |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009063322A (ja) * | 2007-09-04 | 2009-03-26 | Hiroshima Univ | ダイヤモンド様薄膜の評価方法、評価装置及び評価用プログラム |
| CN103178253A (zh) * | 2011-12-26 | 2013-06-26 | 太阳诱电株式会社 | 锂钛复合氧化物、使用其的电池用电极和锂离子二次电池 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| E.C.ONYIRIUKA等: "Zinc phosphate glass surface studied by XPS", 《JOURNAL OF NON-CRYSTALLINE SOLIDS》 * |
| 张磊等: "酸碱处理对磷酸盐激光玻璃表面的侵蚀研究", 《无机材料学报》 * |
| 徐永春等: "N31型磷酸盐激光钕玻璃的耐水性", 《硅酸盐学报》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106645252A (zh) * | 2016-12-25 | 2017-05-10 | 首钢总公司 | 一种表征材料表面元素分布的xps成像分析方法 |
| CN112946001A (zh) * | 2019-11-26 | 2021-06-11 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 针对固液激光器冷却液中固态颗粒污染物的成份鉴定方法 |
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