XPS와 XRD의 차이와 원리는?

 

 

 

- XPS의 자세한 설명은 이전 포스팅 참고

2022.12.05 - [과학과 공학 이야기/전기변색과 배터리] - XPS 원리와 분석 방법, X-ray Photoelectron Spectroscopy 원리

XPS 원리와 분석 방법, X-ray Photoelectron Spectroscopy 원리

 

 

 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy : X선 광전자 분광법)

 

 XPS는 표면의 화학적 조성을 분석하는 방법이다. 표면에 어떤 원소가 있는지 알주며, 표면의 오염 물질을 감지하거나 혹은 박막에 원하는 원소가 잘 있는지 등 표면을 분석하는데 유용하다.

 

 XPS 원리

 XPS는 X선을 측정하려는 샘플 표면에  쏜다. X선이 표면에 닿으면 물질에서 전자가 방출된다. 이때 방출된 전자의 에너지는 원소마다 다르다. 즉, 방출된 전자의 에너지를 분석하여 XPS는 표면에 존재하는 원소와 화학적 결합 등을 확인할 수 있다.

 

출처 : JOURNAL OF CATALYSIS 107, 114-128 (1987)

 

 

 

 

 XRD(X-Ray Diffraction : X선 결정학)

 

 XRD는 XPS와 마찬가지로 X선을 사용하여, 물질의 원자 배열을 확인한다. 

 

 예를 들어 금속은 촘촘하게 모여있고, 폴리머(고분자)는 사슬 모양으로 됐으며 불규칙적이다. 즉, 원자의 배열에 따라 물질의 특성이 달라지는데, XRD는 물질의 원자 배열을 확인하여 구조를 이해하기 위해 사용된다.

 

 XRD 원리

 XRD는 X선을 쏘는데, 이때 X선이 물질에 닿으면서 산란된다. 이때 X선이 산란(회절) 패턴이 생기는데, 이는 원자 배열(결정 구조)마다 고유한 회절 패턴을 갖고 있다.

 

 이를 통해서 물질 내부가 어떤 원자 배열로 이루어지는데 분석하는 것이다.

 

출처 : JOURNAL OF CATALYSIS 107, 114-128 (1987)

 

 

 

 

 즉, XPS는 표면 분석을 통해 어떤 원자가 있는지 확인하고, XRD는 재료 내부의 원자 배열을 살펴보며 물질 구조를 분석하는 방법이다.

 

 예를 들어 똑같이 탄소로 이루어진 다이아몬드와 흑연을 가지고 XPS를 측정한다면 똑같이 표면에 탄소가 있다고 나올 것이다.

 

 하지만 XRD로 측정을 하면 다이아몬스는 탄소 원자가 4개의 인접한 탄소 원자와 결합된 구조를 가진 배열의 X선 회절 결과가 나올 것이고, 흑연은 탄소 원자가 육각형 층으로 돼있는 X선 회절 결과가 나올 것이다.