利用XPS测定缓蚀剂/金属界面的化学组成：最小化浸渍后氧化

本实验方法的总体目标是在将样品从含缓蚀剂的酸性溶液转移至X射线光电子能谱仪的过程中，防止金属基底发生氧化。该方法可更可靠地确定酸性溶液中缓蚀剂与金属界面的化学性质，这对于理解缓蚀机理和预测缓蚀性能至关重要。该方法的一个显著优势是操作相对简便。

因此，其他进行类似测量的研究人员也可采用该方法。该方案相对简单，但应在手套箱中练习样品操作，因为这是该方法中要求最严格的环节。除了腐蚀抑制研究外，在其他需要对在流体环境中形成的空气敏感界面进行XPS测量的领域，也应考虑采用此方法。

我们最初决定尝试这种方法，是因为担心先前的工作中，抑制界面在暴露于空气时发生氧化而受到影响。开始此操作前，按照文本方案中的说明准备碳钢基底和添加了缓蚀剂CI的盐酸溶液。接下来，将25毫升配制好的HCL加CI溶液倒入一个小玻璃烧杯中。

使用耐酸镊子夹取盘状碳钢样品，然后将其浸入盐酸加氯化物溶液中。调整样品方向，使圆柱面处于垂直平面。首先，将手套箱连接至惰性气体源，如氮气或氩气。

然后，将一小块双面导电碳胶带粘附到XPS样品杆上。通过打开的端口，将转移样品至XPS仪器所需的所有硬件放入手套箱中。随后，将装有浸没基底的玻璃烧杯放入手套箱内。

密封所有端口，然后用惰性气体吹扫手套箱。让样品在液体中浸泡至所需的浸泡时间。

监测手套箱内的相对湿度值。当相对湿度低于8%时，将手伸入手套箱的手套中，并在外层戴上丁腈手套。

使用镊子将碳钢样品从溶液中取出，立即用空的洗瓶吹干样品。接着，用塑料封口膜覆盖装有盐酸加氯化物溶液的烧杯。

将干燥的样品固定在XPS样品杆上的小块胶带上。随后，向XPS负荷锁室通入惰性气体进行放气。打开负荷锁法兰，将样品杆转移至负荷锁室内，并将其滑入样品固定叉中。

然后，关闭法兰。启动涡轮分子泵与旋片泵组合，对腔室进行抽真空。当压力降至约5×10⁻⁷毫巴时，使用转移臂手动将样品移入中间腔室。

使用键盘将样品调整至所需光电子发射角度。然后，打开XPS数据采集软件。进入仪器手动控制窗口。

将阳极发射和阳极高压参数的值分别设置为 10 毫安和 15 千伏。然后，单击 X 射线枪部分的“开启”按钮，以启动单色化的铝 Kα X 射线源。之后，单击中和器部分的“开启”按钮，以打开电荷中和器。

在分析仪部分，从模式和透镜的下拉菜单中选择谱图混合测量模式。接下来，将所需的参数输入到采集扫描控制部分。使用键盘优化样品位置，以最大化所选核心能级的信号强度。

然后，按照文本方案中所述获取XPS数据。在本研究中，采用了一种将样品引入超高真空XPS仪器的替代方法，以尽量减少样品在含有缓蚀剂的酸性溶液中浸泡后的氧化。抛光样品的XPS谱图显示出三个显著特征：铁2p信号来源于构成样品的碳钢。

氧1s信号来自表面氧化膜和吸附物，而碳1s信号则源于偶然性碳污染。将样品浸入任一种含1摩尔盐酸的抑制剂溶液后，相应的全谱将发生显著变化。由于抑制剂在表面吸附，出现氮信号，而氧信号则几乎完全消失。

更高分辨率的氧1s和铁2p谱图表明，抛光样品表面发生了氧化，生成了铁的氧化物和氢氧化物。而在浸入式样品中未检测到这些物质，表明几乎没有表面氧化物或氢氧化物残留。通过将样品转移至部分净化的手套箱内，可确定环境实验室气氛对受抑制界面的影响。

该样品暴露于较高浓度的氧气中，表现出表面氧化的迹象。因此，只有在经过充分惰性气体置换的手套箱内进行样品转移时，才能将表面氧化降至最低。观看本视频后，您应能够充分了解如何在XPS测量之前避免缓蚀剂材料界面的氧化。

该操作步骤相对简单，一旦掌握，若操作得当，样品转移步骤可在30分钟内完成。然而，在进行该操作时，重要的是在样品浸入或转移过程中的任何时刻，均不得触碰将用于XPS检测的表面。最后，请务必注意，使用酸类物质可能存在危险，应采取适当的防护措施。