X射线吸收谱原理及其在玻璃结构中的应用.pptx

目录 EXAFS EXAFS 基本原理基本原理 数据分析数据分析 玻璃结构分析的一个实例玻璃结构分析的一个实例 实验仪器及制样实验仪器及制样Mo吸收边示意图C,D常数X射线的吸收吸收边Victoreen 公式吸收边吸收边产生原因：当入射X光子的能量等于被照射样品某内层电子的电离能时，会被大量吸收精细结构XAFS(X-ray absorption fine structure)的定义 XAFSXAFS包括包括EXAFSEXAFS和和XANESXANES两种技术两种技术EXAFSEXAFS(Extended x-ray absorption fine (Extended x-ray absorption fine structure)structure)是元素的是元素的X X射线吸收系数在吸收边高能侧射线吸收系数在吸收边高能侧 3030 10001000 eV eV 范围出现的振荡。范围出现的振荡。XANESXANES(X-ray absorption near edge structure)(X-ray absorption near edge structure)是元素吸收边位置是元素吸收边位置50 50 eVeV范围内的精细结构。范围内的精细结构。精细结构：吸收边附近及其广延段存在一些分立的峰或波状起伏，称精细结构。产生的物理机制出射光电子波与背散出射光电子波与背散射光电子波在吸收原射光电子波在吸收原子处的干涉对吸收谱子处的干涉对吸收谱的调制的调制。干涉是由出射波与散射波的干涉是由出射波与散射波的干涉是由出射波与散射波的干涉是由出射波与散射波的相位差引起的，与入射波的相位差引起的，与入射波的相位差引起的，与入射波的相位差引起的，与入射波的强弱、近邻原子的强弱、近邻原子的强弱、近邻原子的强弱、近邻原子的种类种类种类种类及及及及数数数数目目目目N N、以及吸收原子到近邻原、以及吸收原子到近邻原、以及吸收原子到近邻原、以及吸收原子到近邻原子的子的子的子的距离距离距离距离R R有关。所以，通过有关。所以，通过有关。所以，通过有关。所以，通过XAFSXAFS可得到近邻原子的信息。可得到近邻原子的信息。可得到近邻原子的信息。可得到近邻原子的信息。EXAFS：一次散射（简单）XANFS：多次散射（较复杂）区别EXAFS优点不依赖晶体结构，因此可用于大量的非晶态材料的研究不受其他元素的干扰，对不同的元素的原子，可由吸收边位置不同，而得以分别研究可测配位原子的种类、个数、间距等浓度很低的样品，百万分之几的元素也能分析样品制备比较简单，数据收集时间短EXAFS的理论表达式相移总相移EXAFS的数据处理(1)求-E 曲线(2)背景扣除(3)0拟合(4)Ek转换(5)求(k)(6)获得结构参数获得结构参数 理论计算拟合法:先拟定被研究物质的结构模型，给出结构参数，然后根据的理论公式计算相应的EXAFS谱。将理论计算与实验测定的EXAFS谱进行比较，获得结构参数标样法：用结构已知并与待定结构相近的一种物质作为标样，通过测定试样和标样的EXAFS谱来确定未知结构 傅立叶变换滤波曲线拟合法：介于前两种方法第一种参数太多，工作量大，不可取！常用后两种，但第二种受到标样的限制背景的扣除其他原子的吸收，通过Victoreen公式拟合边前的吸收曲线，然后延长到吸收边以后作为本底从总吸收扣除0的拟合与扣除0是自由原子的吸收，一般取曲线的中值，可通过条样函数法拟合归一化、E-K转换k/-1(k)权重k/-1(k)knZ57 n=136Z57 n=2Z36 n=3此步可以直接拟合，但它是吸收原子外各个配位层的贡献的总和，因而拟合参数很多，计算工作量大，比较复杂傅里叶变换Distance/此步可进行标样法傅里叶反变换k/-1(k)k3将F（R）图的一个峰进行傅里叶反变换，回到K空间，得曲线拟合滤波k/-1(k)k3玻璃中的应用20GaF3-15InF3-20CdF2-15ZnF2-20PbF2-10SnF2 图4-3 晶化后样品的XRD图谱晶化前后样品以及三方相GaF3的Ga-K吸收边的XAFS图谱 样品中样品中Ga的的EXAFS分析分析 晶化前后样品以及三方相GaF3的k3函数图谱 晶化前后样品以及三方相GaF3的径向分布函数图谱 晶化前后玻璃样品中Ga的配位情况没有发生明显变化！样品中样品中Zn的的EXAFS分析分析 晶化前后样品以及四方相ZnF2的Zn-K吸收边的XAFS图谱 晶化前后样品以及四方相ZnF2的k3函数图谱 晶化前后样品以及四方相ZnF2的径向分布函数图谱 四方相ZnF2中Zn的第一配位壳层在R空间的拟合 玻璃样品中Zn的第一配位壳层在R空间的拟合晶化后样品中Zn的第一配位壳层在R空间的拟合 ZnF2晶体的第一配位壳层与理论曲线符合的很好；而晶化前后玻璃样品第一配位壳层的峰值则比理论值更偏向的低R方向，表明配位原子的分布不再符合Gaussian型，结构的无序度更大 傅立叶滤波处理后对四方相ZnF2中Zn的第一配位壳层在k空间的拟合 傅立叶滤波处理后对晶化样品中Zn的第一配位壳层在k空间的拟合 傅立叶滤波处理后对玻璃样品中Zn的第一配位壳层在k空间的拟合 S02为振幅衰减因子，R1和R2为配位半径（分别对应于第一配位壳层中的F-1和F-2），为无序因子（是热无序和结构无序共同作用的结果）。EXAFS的测量方法和实验设备EXAFS中有用的信息只相对于吸收边高度的百分之几，因而要求有尽量强而稳定的X射线源，以得到比较高的信噪比，对能量分辨率也有相当高的要求几种EXAFS的测量方法直接法：透射方法间接方法：X射线荧光或俄歇电子或二次电子透射法荧光法透过率俄歇电子或荧光产额同步辐射X射线吸收谱实验装置样品的制备块状、粉末、和液体样品也可测量荧光液体样品：用带有窗口的器皿装金属样品：制成薄膜粉末样品：胶带上参考文献1 马礼敦，杨福家.同步辐射应用概论.北京：复旦大学出版社，20012 陆栋等.固体物理学,上海：上海科学技术出版社，20033李志国，氟化镓铟基玻璃析晶机理、结构等性能的研究，同济大学硕士学位论文，20054 马礼敦，高等结构分析，上海：复旦大学出版社，2001