X射线分析技术的进展.pptx

射线源的进展一、实验室射线源、高功率：转靶射线发生器 常用：18kW（12kW），60kV 300mA 最高：90kW,150kW,（常规：2.4kW、60kV、80mA）高频高压发生器：稳定度高、体积小2、高亮度：微小焦点、节能,亮度大于转靶 Oxford,Rigaku3、精加工陶瓷X射线管(Philips)配上精加工模块式的测角仪、光学元件 不用调整的仪器,操作简单安全 同步辐射源：以近光速作曲线运动的电子在轨道切线方向发出的光 评价：是人类历史上继电光源、X光源、激光源之后的第四个革命性光源。1997年美国7GeV的Advance Photon Source同步辐射源的建成运转被美国Science评为继多利羊,登陆火星飞船之后的当年十大发明之第三。特性：1、高强度2、宽频谱3、小发散 电子E为GeV时只 0.1mrad(0.006o)4、偏振光5、时间结构6、可精确计算国际状况：国内状况：1、BSRF 九十年代初开始使用，为第一代光源，与北京正负电子对撞机（BEPC）共用一个环，2.2GeV,专用同步辐射时间 2-3月/年 2、NSRLF我国最早提出并获批准，九十年代初投入使用F第二代专用光源F0.8GeV，低能环，以紫外、软X射线为主。F用一个6T扭摆器，可有12keV以下的硬X射线。激光等离子体X射线源 用百万瓦以上高功率激光打击一个靶子，使表面原子电离并汽化，形成高温等离子体(5106K)。（一）、热等离子体的热发射 高温（高动能）电子与离子复合时辐射出X光。（二）、X射线激光 受激发射：处于高能级E2上的一个电子，在能变为 光子的诱导下，跃迁到E1能级，辐射出一相同能量 光子的过程。条件是粒子数反转。（三）高阶谐波（三）高阶谐波X光源光源 激光的强电场，使原子中电子逸出。自由电子在 激光电场中振荡，增加能量。它可以和离子复合，以光子形式放出振动能和电离能。此光子与激光光子是相干的，故可大大增加强度。单色性好，相干性好，方向性强，亮度高。应用：高时间和高空间分辨活细胞成像 X射线显微术和全息术原子结构和动力学分子材料中的价电子团簇结构非线性X射线光学光路系统中的光学元件狭缝：固定可变单色器：单平晶单Johnson聚焦型，石墨，1、2不能分开。双弯曲单色器。非对称单色镜。双晶单色器：平晶、弧矢反射镜 同步辐射 改变X射线的前进方向实验室，主要是发散光变平行光抛物面不等厚多层膜单Gutman Optics可达0.3arcmin(0.3)双Gutman Optics焦点可小于100m聚焦元件毛细管Kirkpatric-Baez聚焦 波带片Bragg,Laue透镜 ESRF ID15 90keV ESRF BM5 30-140keV可以组合使用平行光反射镜加双晶单色器（Ge）发射度0.01 光束线探测器闪烁计数器正比计数器电离室半导体计数器影像板（Image Plate IP）电荷耦合装置（Charge Coupled Device CCD）半导体计数器能量分辨率较高,不用单色器可得1扫描型，能量色散型 阵列式半导体计数器 HgI2 不需冷却,位置灵敏探测器（PSPC）影像板（IP）电荷耦合装置（CCD）核心是一块芯片像元尺寸 44 m 光子增益 91读出时间 0.5s10s多晶体衍射实验方法：1.新型衍射几何：Debye.Guinier几何 透射法掠入射(薄膜)反射率羟基磷酸钙是构成人体骨骼的重要的无机化合物羟基磷酸钙是构成人体骨骼的重要的无机化合物人工合成品表面喷涂一层羟基磷酸钙作为金属与骨骼的人工合成品表面喷涂一层羟基磷酸钙作为金属与骨骼的接界面接界面涂层的结构：涂层的结构：常规常规X射线源射线源（1）涂层常是高择优取向的，其）涂层常是高择优取向的，其001轴垂直于底板轴垂直于底板（2）加宽的主要原因是热应力）加宽的主要原因是热应力 同步辐射进一步发现了点阵应力的各相异性，同步辐射进一步发现了点阵应力的各相异性，(hkl)中中l指数大的各晶面有大的点阵应力，极大点阵应力约为指数大的各晶面有大的点阵应力，极大点阵应力约为0.3%。晶粒大小约在。晶粒大小约在1500 左右，对线宽影响不大左右，对线宽影响不大高分辨衍射 时间分辨潜像板研究铁板高温镀锌的相变动力学潜像板研究铁板高温镀锌的相变动力学ZnZn和和FeFe发生反应发生反应生成生成、三个相三个相相对含量对产品的最终性能（如延展性等）会有影响相对含量对产品的最终性能（如延展性等）会有影响整个时间过程仅若干秒整个时间过程仅若干秒掺了掺了P P的（虚线），的（虚线），相的生成被抑制相的生成被抑制 极端条件(原位实验)*原位粉末衍射：原位粉末衍射：用于相变过程，催化反应过程，陶瓷生成用于相变过程，催化反应过程，陶瓷生成过程等的研究过程等的研究能量色散法，能量色散法，SSD，一维的广角度探测器，一维的广角度探测器其时间间隔一般为秒、亚秒或毫秒其时间间隔一般为秒、亚秒或毫秒 稀土焦绿石稀土焦绿石(Eu2Ir2O7,Ln2Ru2O7)在活化和使用过程中在活化和使用过程中的变化的变化Linkham PR1500炉子炉子活化过程是活化过程是Ln2Ir2O7Ln2O3+2Ir+2O2 高能硬高能硬X射线穿透器壁时，强度损失小射线穿透器壁时，强度损失小另一特点是散射角小。一个面探可收集另一特点是散射角小。一个面探可收集所有衍射数据所有衍射数据数据多，截尾效应小，正空间分辨率好数据多，截尾效应小，正空间分辨率好小的散射角使偏振校正变得很小小的散射角使偏振校正变得很小 显微衍射 NSLS NSLS的的X20AX20A微束试验站微束试验站,微束大小为微束大小为2 22525 m,m,毛细管聚焦毛细管聚焦单晶单晶Si(001)Si(001)上的上的AlAl膜，直径约膜，直径约1mm1mm，厚度为，厚度为850nm850nm步长步长5050 m m进行扫描，面积进行扫描，面积2 2 2mm,2mm,记录记录Si(004)Si(004)的反射强的反射强度度,Al,Al和和SiSi间界面的热应变使间界面的热应变使SiSi发生畸变，使发生畸变，使Si(004)Si(004)衍衍射强度约为裸露射强度约为裸露SiSi表面的两倍表面的两倍铝斑作铝斑作2 2 m m精细扫描精细扫描,极大和极小说明应变是周期变化的极大和极小说明应变是周期变化的联合技术联合技术XRD-XAFSCO 氧化催化剂氧化催化剂CuCoMnO4的制备的制备CuCO3，CoCO3，MnCO3共沉淀，共沉淀，热处理热处理 同时收集不同温度同时收集不同温度XPD数据及数据及Cu，Co，Mn的的XAFS数据数据。XPD：200-300 C相变，中间有非晶态相变，中间有非晶态MnK边边XANES：300 C Mn为为+3，+4价价CuK边边是是1价和价和2价的混合物价的混合物分子筛分子筛陶瓷陶瓷谢 谢!