La cuantificación de las concentraciones de hidrógeno en superficies e interfaces de capas y materiales a granel a través de perfiles de profundidad con el análisis de Reacción nuclear

Markus Wilde; Satoshi Ohno; Shohei Ogura; Katsuyuki Fukutani; Hiroyuki Matsuzaki

doi:10.3791/53452

Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.

Artículo de método

La cuantificación de las concentraciones de hidrógeno en superficies e interfaces de capas y materiales a granel a través de perfiles de profundidad con el análisis de Reacción nuclear

27.1K visualizaciones

⸱

DOI:

10.3791/53452

⸱

29 de marzo de 2016

Markus Wilde¹ , Satoshi Ohno¹ , Shohei Ogura¹ , Katsuyuki Fukutani¹ , Hiroyuki Matsuzaki²

¹Institute of Industrial Science, The University of Tokyo, ²Micro Analysis Laboratory, Tandem accelerator, The University Museum, The University of Tokyo

En este artículo

Resumen

Ilustramos la aplicación de ¹ H ⁽¹⁵ N, αγ) ¹² C resonante análisis reacción nuclear (NRA) para evaluar cuantitativamente la densidad de átomos de hidrógeno en la superficie, en el volumen, y en una capa interfacial de materiales sólidos. Se describe la profundidad cerca de la superficie de hidrógeno de perfiles de un catalizador de Pd (110) de cristal único y de _SiO2 / Si (100) apila.

Resumen

Análisis Nuclear de reacción (NRA) a través de la resonancia ¹ H ⁽¹⁵ N, αγ) ¹² C de reacción es un método muy eficaz de perfiles de profundidad que revela cuantitativamente y de forma no destructiva la distribución de la densidad de hidrógeno en las superficies, en las interfaces, y en el volumen de materiales sólidos con una alta resolución de profundidad. La técnica se aplica un haz de ¹⁵ N ion de 6.385 MeV proporcionados por un acelerador electrostático y específicamente detecta el isótopo ¹ H en profundidades de hasta aproximadamente 2 micras de la superficie objetivo. Coberturas de superficie H se miden con una sensibilidad del orden de 10 ~ ¹³ cm ^-2 (~ 1% de una densidad típica monocapa atómica) y el volumen H concentraciones con un límite de detección de 10 ~ ¹⁸ cm ^-3 (~ 100 a. Ppm ). La resolución de profundidad cerca de la superficie es de 2-5 nm de incidencia ¹⁵ N ion normal a la superficie sobre la diana y se puede mejorar a valores por debajo de 1 nm para objetivos muy planas por ADOPting una geometría incidencia pastoreo superficie. El método es versátil y fácilmente aplicado a cualquier material homogéneo compatible de alto vacío con una superficie lisa (sin poros). Eléctricamente conductoras objetivos suelen tolerar la irradiación de haz de iones con una degradación insignificante. la cuantificación de hidrógeno y el análisis de profundidad correcta requieren el conocimiento de la composición elemental (además de hidrógeno) y la densidad de masa del material objetivo. Especialmente en combinación con métodos de vacío ultra-alta para la preparación y caracterización de destino in-situ, ¹ H ⁽¹⁵ N, αγ) ¹² C NRA es ideal para el análisis de hidrógeno en las superficies atómicamente controlados e interfaces nanoestructurados. Nos ejemplarmente aquí demostrar la aplicación de ¹⁵ N NRA en la instalación de acelerador MALT Tandem de la Universidad de Tokio para (1) medir cuantitativamente la cobertura de la superficie y la concentración mayor de hidrógeno en la región cerca de la superficie de un H ₂ expuesta Pd(110) de cristal único, y (2) para determinar la localización de profundidad y la capa de densidad de hidrógeno cerca de las interfaces de delgadas películas _{de SiO2} sobre Si (100).

Introducción

La ubicuidad de hidrógeno como una impureza o como un constituyente de una gran variedad de materiales y la riqueza de fenómenos de interacción de hidrógeno inducida hacen que revela la distribución de hidrógeno en la región cerca de la superficie y en las interfaces enterradas de sólidos una tarea importante en muchas áreas de la ingeniería y la ciencia de los materiales fundamentales. contextos prominentes incluyen estudios de absorción de hidrógeno en materiales de almacenamiento y purificación para aplicaciones de energía de hidrógeno, pila de combustible, foto- y la catálisis de hidrogenación, la retención de hidrógeno y la fragilización de la ingeniería del rea....