同步辐射技术及其在材料学中的应用

1、1,第四章 同步辐射技术及其在材料学 中的应用,2,同步辐射光源和同步辐射装置 同步辐射技术及其在材料学中的应用 上海同步辐射中心简单介绍,3,同步辐射光源和同步辐射装置,4,同步辐射 是一种先进和不可替代的光源 是一类与中子散射互补的大科学装置 是一个产生新的实验技术和方法的平台 是一个不同学科互相交融的理想场所 是一个凝聚和培养优秀创新人才的基地,5,什么是同步辐射？ 实验观察 接近光速运动 的电子在改变运动方向时会沿切线方向辐射电磁波。1947年4月，F. R. Elder等人在美国通用电气实验室的70MeV的电子同步加速器上首次观察到了电子的电磁辐射，因此命名为同步辐射。,6,7,同步

2、辐射光的特点,8,高亮度,9,高亮度的优势： 实时（化学反应动力学、相变过程、活细胞变化过程） 原位（高低温、高压、高真空等） 微量样品 其他要求高光强的实验，如X射线反射等,10,宽能谱 从红外线、可见光、真空紫外线、软X射线一直延伸到硬X射线,11,12,小发散,13,脉冲光,14,高偏振度,15,具有精确的可预算的特性。可以用作各种波长的标准光源。 绝对洁净。因为它在超高真空产生，而没有任何如阳极、阴极和窗口带来的干扰,16,同步辐射装置 发生装置（光源） 光束线 实验站,17,同步辐射装置组成部分及功能 一、同步辐射发生装置 1、注入器 直线加速器（linac):初步加速，几十至几百M

3、eV,产生电子，形成电子束团 增强器（Booster):用同步加速器进一步加速电子达到需要值，可达GeV,18,2、电子储存环 一定能量电子在环内稳定的运转，发射同步辐射 由磁聚焦结构、高频加速谐振腔、束流传输束线、插入件（扭摆器、波荡器）及真空室构成,19,二、光束线： 作用：对原始白色辐射进行加工以满足实验对波长、尺寸等的要求，并把辐射从发射点引导到实验装置的整个光路。 1、前端区：从发射点到储存环出口 作用：截取、引导、控制辐射：防止辐射对仪器、设备和人体造成损伤；保护储存环真空 元件：狭缝、挡光器、真空快慢阀、光闸、真空位置探测器、光束位置监控器、隔离窗。,20,2、光束线：从储存环出

4、口到实验装置的一段 作用：除类似前端区功能外，主要是对辐射加工，以获得有一定能量（范围）、一定光斑尺寸和平行度的实验用光束 元件：反射镜、准直镜、聚焦镜、单色器、狭缝,21,22,23,24,25,1皮秒等于一万亿分之一（即10的12次方分之一）秒,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,掠入射X射线散射（GISAXS）就是入射X射线掠入射到样品表面，经过样品表面层（表面薄膜）散射后再掠出射出来，测量出射的信号强度，这种方式测量时其入射散射线构成的平面基本平行于试样表面（夹角大约为掠入射角），入射X射线穿透试样不深，测量对表面结构敏感，出射信号

5、包含了大量的表面层散射信号。 GISAXS就是针对表面薄膜的SAXS, GISAXS能获得的信息基本上就是SAXS能获得的信息，但GISAXS结果分析时要考虑衬底表面多次反射散射效应，数据分析稍微复杂一点。,41,同步辐射小角X射线散射（saxs）主要应用于尺寸为1nm100nm的纳米结构表征，可以表征固体、液体、粉末、薄膜等多种形式的样品，主要应用的领域有聚合物、纤维材料、金属材料、半导体材料等等。常见的实验方法为透射的SAXS和掠入射的小角散射 （GISAXS），这两者的区别是透射的SAXS测量的是体相结构的信息，而GISAXS则是测量的表面及表层结构，因此常用于薄膜材料的表面及表层不同深度的结构表征。而这两种实验方法又都可以做一些原位的实验，例如样品在拉伸、剪切、变温等实验环境下的结构变化，催化剂的反应过程测量。因此具有非常灵活的实验手段，可以根据需要自行加入相关设备，实现各种实验过程的有效表征。,42,SAXS 和 WAXS 实例,43,44,45,46,47,48,49,50,掠入射X射线衍射(GIXRD)和掠入射X射线散射过程类似，机理和XRD相同。而通常XRD测量时，一般来说入射衍射束构成的平面垂直于试样表面（晶面），这样X射线穿透样品较深，出射信号含表面薄