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X‐ray photoelectron spectroscopy characterization of Cu compounds for the development of organic protection treatments dedicated to heritage Cu objects preservation

Authors :
Muriel Bouttemy
Arnaud Etcheberry
Florence Mercier-Bion
Emilande Apchain
Philippe Dillmann
Maëva L’héronde
Delphine Neff
Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération (LAPA - UMR 3685)
Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685)
Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Lavoisier de Versailles (ILV)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut photonique d'analyse non-destructive européen des matériaux anciens (IPANEMA)
Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ministère de la Culture (MC)
IRAMAT - Laboratoire Métallurgies et Cultures (IRAMAT - LMC)
Institut de Recherches sur les Archéomatériaux (IRAMAT)
Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Fondation des Sciences du Patrimoine
Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne (UBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université d'Orléans (UO)-Université Bordeaux Montaigne (UBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Source :
Surface and Interface Analysis, Surface and Interface Analysis, Wiley-Blackwell, 2020, 52 (12), pp.1011-1016. ⟨10.1002/sia.6850⟩, Surface and Interface Analysis, 2020, 52 (12), pp.1011-1016. ⟨10.1002/sia.6850⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
Wiley, 2020.

Abstract

International audience; The preservation of bronze and copper heritage objects is challenging. Exposure to water or pollution in outdoor conditions leads to corrosion phenomena, which can highly degrade the objects or structures. We aim to develop an alternative nontoxic corrosion inhibiting treatment, based on the use of a carboxylate (HC10) treatment. Electron spectroscopies (X‐ray photoelectron spectroscopy and scanning Auger microscopy) are used to determine, from micrometric to nanometric scale, the composition and chemical environments (oxidation degrees) of the copper compounds commonly found in the corrosion product layer. In the present study, we focus on the evaluation of X‐ray beam irradiation damage when performing surface analysis on cuprite, brochantite, and Cu decanoate reference samples. The reduction phenomenon has already been reported, especially for Cu(II) compounds, but not clearly explained. Different behavior has been observed depending on the X‐ray source used, and the nature and hydration level of the compounds. The photoreduction issue is critical, as it guarantees the reliability of the chemical information obtained and sheds light on the best analysis pathway to adopt when multitechnique analyses are implemented. An analytical procedure is employed to track the reduction of Cu(II) reference samples during XPS analysis evidencing practically instantaneous modifications of the spectra and thus, the instability of these phases except for the dehydrated cuprite sample.

Details

ISSN :
10969918 and 01422421
Volume :
52
Database :
OpenAIRE
Journal :
Surface and Interface Analysis
Accession number :
edsair.doi.dedup.....a27904b4ac351fc74ecbe697bff296f0
Full Text :
https://doi.org/10.1002/sia.6850