Spectrométrie : Choix XPS / AES / ToF-SIMS

[quent155]

Bonjour à tous !

Voilà mon problème dans le cadre d'analyse de matériau de surface, on me demande quelle technique parmi l'AES, XPS, ToF-SIMS est la plus adaptée.
Voilà des exemples de matériau qu'on me propose:

1/ Substrat de cuivre modifié chimiquement par du Téflon d'une épaisseur à 5A
2/ Un composite Polysiloxane/CNTs
3/ Un alliage de laiton
4/ Une surface de silicium microstructurér avec de l'or
5/ Une surface d'oxyde d'aluminium après modification par la molécule HO-(CH2)11-SH
6/ Une surface de Zn après modif par le Cl3Si-(CH2)11-CH3 sur l'oxyde d'aluminium


Mon niveau est de master 1 en science chimique, je ne souhaite pas spécialement les réponses mais plus la réflexion à se faire pour la trouver (ce sont des exos que je fais de mon propre chef, pas un prépa ^^).



Donc les 3techniques sont des spectro de surface. La ToF-SIMS est destructive mais a aucun moment il n'est précisé que le matériau doit être conservé donc je ne pense pas que ça soit un paramètre déterminant.

Au niveau de l'XPS-AES, c'est en soit la même chose sauf que dans un cas on analyse les RX émis et dans l'autre les e- secondaire Auger. On sait que les e- Auger prédomine à basse masse atomique ce qui le rend mieux pour les atome <25 mais bon c'est un peu la majorité des atomes qu'on retrouve donc ça aide pas non plus (sauf dans le cas de l'or). Au niveau de la profondeur d'analyse XPS et AES = identique et SIMS < les deux autres. (Et l'AES est peu voir pas efficace sur les molécules complètement isolante).

Voilà un peu mes bases de réflexions mais je reste un peu bloqué... Pourquoi la SIMS plutôt que l'une des deux autres et comment choisir pour les deux autres ?

Ma première idée serait :

* Extrême surface = SIMS (1-10A)
* Masse atomique faible et non isolant = AES
* Masse atomique élevé = XPS
* Isolant = XPS

Mais ça me parait très simpliste...
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[Mr.Blue]

Bonjour,

Oui avec le ToF-SIMS tu ne seras sensible qu'à l'extrême surface des échantillons, cela conviendra parfaitement aux matériaux fonctionnalisés par une fine couche de molécules donc je dirai pour les 1, 5 et 6.
Sinon tes réflexions me paraissent justes, mais je ne suis pas spécialiste.

[quent155]

Pour les 5 et 6 j'ai un doute, la liaison C-C étant de 1,2A, avec la chaîne carbonée on se retrouve > 10A et donc on pourrait observer qu'une partie de la fonctionnalisation (A mon avis on atteint pas l'O) du coup je sais pas si ça peut paraître correct... En soit on observerait la fonctionnalisation mais pas entièrement (Et dire si le début est bon la suite aussi, des doutes que ça passe). Je sais qu'en SIMS on peut aller jusqu'au microm aussi (par SIMS statique il me semble) mais je pense pas qu'on puisse "s'arrêter" à un distance précise...

[Mr.Blue]

Par expérience tu devrais arriver à détecter ses molécules entières, même si les pics seront moins intenses que d'autres ions plus courts provenant des chaînes alkyles (C2H5, C3H7...). Et même si ces molécules forment des SAM elles ne sont pas toutes droites comme des "i" donc ne calcule pas la longueur de tes chaînes comme si elles étaient étirées au maximum.
L'analyse du 5 te permettra sans doute de conclure que ta fonctionnalisation contient des chaînes carbonées ainsi que du soufre.
Dans le 6 tu détecteras en plus du Cl en mode négatif et des ions contenant du Si en positif et des SiO en négatif.

L'avantage du ToF-SIMS c'est que les signaux provenant des molécules de surface ne seront pas noyés sous les signaux du matériau sous-jacent.

[A voir en vidéo sur Futura]

[quent155]

Oui c'est vrai !

Par contre pour ce qui est du signal noyé je ne pense pas qu'en XPS ça soit le cas. La chance d'avoir un "count" de l'émission est fonction de la distance non ? En considérant le libre parcours moyen et dans le chance d'interraction inélastique lors de l'émission, plus l'atome est en surface et plus son intensité sera forte non ? En gros pour le 5/6 en XPS on observerait un pic pour l'orbitale 2p du métal mais faible vis à vis de l'O/C... Non ?


Sinon voilà ce que je proposerais avec réflexion et tes remarques:

1/ ToF-SIMS: 5A = extrême surface il me paraît le plus indiqué
2/ AES : masse atomique faible on reperera normalement bien les Si et O des siloxanes et C des nanotubes
3/ Les 3 marchent : Cu et Zn sont à la limite pour l'AES et l'XPS (donc aucun des deux favorisés) et une ToF-SIMS positive permattra de voir les radicaux positif de métaux. (J'ai un doute là, on forme bien des radicales cations/anions en SIMS)
4/ XPS pour repérer facilement Ag
5/ Tof-SIMS ou bien XPS (beaucoup d'exemple d'XPS dans mon cours dans le cas de SAM qui montre le suivi de modif d'une surface etc)
6/ Idem 5

Pour les 5 et 6 il peut aussi y avoir oxydation pour le 5 (si on transforme un methoxy en hydroxy pour avoir la structure finale, on utilise NaOH) dc on observe aussi ZnO en XPS?

Et pour le 6 présence d'ion chlorure -> De la corrosion non ? Si oui comment est-elle observable ?


En tout cas merci pour tes réponses !

[Mr.Blue]

Je te suggère de montrer tes réflexions à ton prof d'analyse de surface si tu peux !