2.6　XPS分析

处理前后薄膜表面的元素组成和化学环境用美国赛默飞世尔K-Alpha型X射线光电子能谱仪（XPS）进行分析。样品用单色化的Al Kα射线（1000.0eV）激发，灵敏度350kcps，真空度优于10-8mbar（1bar=0.1MPa），用污染碳C 1s（285.0eV）作样品结合能荷电校正。

每种元素都有各自的特征电子结合能，据此XPS可以进行定性分析，光电子峰强度（峰面积）与许多因素有关，但是在一定的条件下，谱峰强度与其含量成正比关系，采用与标准相比较的方法，可以进行元素的定量分析[15]。因此，可以利用每个元素的特征结合能来鉴定薄膜表面的化学成分。未处理LDPE薄膜和处理60s后表面的XPS宽扫描图谱见图2-4，LDPE和HDPE薄膜未处理和氧等离子体处理60s后的元素组成和含量见表2-1。从图2-4和表2-1可以看出，未处理LDPE和HDPE薄膜主要由C元素组成，但检测到薄膜含有少量的O元素和N元素，这可能是来自树脂合成或其薄膜加工过程中引入的添加剂。氧等离子体处理60s后，LDPE薄膜表面O元素的含量增加到了16.87％，O/C比为0.206;HDPE薄膜表面O元素的含量增加到了19.94％，O/C比为0.251。这表明聚乙烯薄膜经过氧等离子体处理后在其表面引入了含氧基团，反应机理为[16]:

图2-4　LDPE薄膜处理前后表面的XPS宽扫描图谱

C·+·O—O·→C—O—O·

C—O—O·+RH→C—O—OH+R·

表2-1　氧等离子体处理前后薄膜表面的元素组成和含量

XPS的化学位移与它所处的化学环境有关，即与它的化学结构有关。因此，通过测定样品表面分子中各原子的化学位移值，就能得出相关化学结构的信息[15]。未处理LDPE薄膜和处理60s后表面C 1s高分辨率拟合图谱见图2-5。表2-2是未处理LDPE薄膜和氧等离子体处理60s后薄膜表面C 1s的高分辨率拟合结果。表2-3是未处理HDPE薄膜和氧等离子体处理60s后薄膜表面的C 1s高分辨率拟合结果。从图2-5和表2-2可以看出，未处理LDPE薄膜的C 1s可以拟合为两个峰，284.98eV对应C—C或C—H，285.78eV对应C—O;60s处理LDPE薄膜的C 1s可以拟合为四个峰，284.98eV对应C—C或C—H， 286.5eV对应C—O，288.0eV对应C＝O或O—C—O，289.48eV对应O＝C—O；从表2-3可以看出，60s处理HDPE薄膜的C 1s同样可以拟合为四个峰，284.98eV对应C—C或C—H，286.38eV对应C—O，288.0eV对应C＝O或O—C—O，289.28eV对应O＝C—O[14，16～18]。这说明聚乙烯薄膜经过氧等离子体处理后在薄膜表面引入了羧基、羰基和羟基等极性基团。

图2-5　LDPE薄膜处理前后表面的C 1s高分辨率拟合图谱

表2-2　LDPE薄膜处理前后表面的C 1s高分辨率拟合结果

表2-3　HDPE薄膜处理前后表面的C 1s高分辨率拟合结果