Titelaufnahme

Titel
Quantifying XPS intensities of core-shell nanoparticles / von Maksymilian Chudzicki
Weitere Titel
Elektronenspektroskopie nanostrukturierter Oberflächen
VerfasserChudzicki, Maksymilian
Begutachter / BegutachterinWerner, Wolfgang
ErschienenWien 2016
Umfangvii, 89 Seiten : Illustrationen, Diagramme
HochschulschriftTechnische Universität Wien, Univ., Diplomarbeit, 2016
Anmerkung
Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Zusammenfassung in deutscher Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)electron / spectroscopy / nanostructures / surfaces
Schlagwörter (EN)elektronen / spektroskopie / nanostruktur / oberfläche
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-4850 Persistent Identifier (URN)
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Quantifying XPS intensities of core-shell nanoparticles [1.59 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Datenbank SESSA (National Institute of Standards and Technology database Simulation of Electron Spectra for Surface Analysis), wurde um die Möglichkeit erweitert Elektronen- und Augerspektren von nanostrukturierten Oberflächen zu simulieren, wie zum Beispiel Inseln, sphärischen Nanopartikeln oder geschichteten Nanopartikeln. Im Zuge der Arbeit wurde die Schalendicke von Nanopartikeln, bestehend aus einem Kern und einer umhüllenden Schale, mit Hilfe von SESSA bestimmt. Zu diesem Zwecke wurden experimentell bestimmte XPS-Peakintensitäten mit Hilfe von Shards Methode bestimmt und mit SESSA-Simulationen abgeglichen. Es wurde eine sehr gute bereinstimmung zwischen den experimentell und mit Hilfe der Simulation bestimmten Schichtdicken gefunden in Fällen wo elastische Streuung vernachlässigbar ist. Bei stark streuenden Schichten beträgt die Abweichung der Simulation bis zu 25%. Mit Hilfe der weiterentwickelten Version von SESSA wurden in weiterer Folge unterschiedliche Systeme von Kern-Schale Nanopartikeln simuliert. Es wurde der Einfluss der Periodizität in der Anordnung der Nanopartikel auf winkelaufgelöste XPS- Peakintensitäten bestimmt. Die untersuchten Systeme reichten von schachbrettartig angeordneten Nanopartikeln ber Systeme steigender Unordnung bis hin zu räumlich gänzlich dispersen Anordnungen die eine Schüttung bzw. ein Pulver von Nanopartikeln widerspiegeln. Es wurde gefunden dass sich mit steigender Periodizität die Form der winkelaufgelösten XPS-Spektren ändert, was durch Abschattungseffekte benachbarter Nanopartikel erklärt wird. In weiterer Folge wurde die Validität des single-sphere-Modells bestätigt, das aussagt dass die XPS-Peakintensität eines Pulvers quivalent zur Peakintensität eines einzelnen Nanopartikels ist. Die Ergebnisse zeigen, dass mit SESSA XPS-Peakintensitäten von Nanopartikeln sehr gut reproduziert werden können, für die korrekte Abbildung des inelastisch gestreuten Untergrunds benötigt es aber einer fortgeschritteneren Modellbildung. Weiters wurden experimentelle Spektren von funkionalisierten Gold-Nanopartikeln von Techane et al. hinsichtlich der relativen Peakintensitäten als auch der Form des inelastisch gestreuten Untergrundes mit SESSA 2.0 abgeglichen und eine zufriedenstellende bereinstimmung zwischen simulierten und experimentell bestimmtne Spektren erreicht.

Zusammenfassung (Englisch)

The functionality of a new version of the National Institute of Standards and Technology database Simulation of Electron Spectra for Surface Analysis (SESSA) has been extended by implementing a new geometry engine. The engine enables users to simulate Auger-electron spectra and X-ray photoelectron spectra for different predefined morphologies (planar, islands, spheres, multi-layer core-shell particles). We compared shell thicknesses of core-shell nanoparticles derived from core-shell XPS peak intensities using Shard-s method, which allows one to estimate shell thicknesses of core-shell nanoparticles, and a series of SESSA simulations for a wide range of nanoparticle dimensions. We obtained very good agreement of the shell thicknesses for cases where elastic scattering within the shell can be neglected, a result that is in accordance with the underlying assumptions of the Shard model. If elastic-scattering effects are important, there can be thickness uncertainties of up to 25 %. Based on the newly implemented geomtry engine, various systems of core-shell nanoparticles were simulated. It was studied how the angle-resolved core-to-shell photoelectron intensity ratio changed with increasing periodicity of the core-shell nanoparticles. The study entailed single-layered systems of core-shell particles ranging from dispersed structures with a low surface coverage to perfectly aligned arrangements. It was found that with increasing periodiciy of the structure features in the angle-resolved XPS spectra emerge, which can be explained be shadowing effects of adjacent core-shell particles. Also, various powder-like structures of core-shell particles were studied to investigate the validity of the single-sphere model for core-shell particles. The results show that the model correctly reproduces the peak intensities of core-shell particles, but more detailed modeling is needed to describe the inelastic background. Furthermore, experimental spectra of functionalized gold nanoparticles obtained by Techane et al. were analyzed with SESSA 2.0, both with respect to the relevant peak intensities as well as the spectral shape. Good agreement between experiment and theory was found for both cases.