現(xiàn)代材料分析方法(EXAFS)

Introduction擴(kuò)展X射線吸收譜精細(xì)結(jié)構(gòu)（ExtendedX-rayabsorptionfinestructure,EXAFS）是X射線吸收限高能側(cè)30eV至約1000eV范圍內(nèi)吸收系數(shù)隨入射X光子能量增加而起伏振蕩的現(xiàn)象，近年來它被廣泛應(yīng)用于測定多原子氣體和凝聚態(tài)物質(zhì)吸收原子周圍的局域結(jié)構(gòu)，成為結(jié)構(gòu)分析的一種新技術(shù)。現(xiàn)在是1頁\一共有23頁\編輯于星期三

原理一般教科書中給出的X射線吸收系數(shù)隨波長變化的曲線除在K、L1、L11、L111等吸收限處吸收發(fā)生突變外，其余部分是平滑的；這平滑部分可用Victoreen公式來表述：μλ吸收系數(shù)與波長的關(guān)系K吸收邊現(xiàn)在是2頁\一共有23頁\編輯于星期三可是實際上更精確的測量表明，在吸收限高能側(cè)附近，隨樣品的成分和狀態(tài)不同會顯示不同的振蕩現(xiàn)象。對于單原子氣體，只在極靠近吸收限處有振蕩；對于多原子氣體、液體和固體，振蕩擴(kuò)展到約1000eV左右。

原理μλ現(xiàn)在是3頁\一共有23頁\編輯于星期三30eV以內(nèi)的振蕩稱為吸收譜近限結(jié)構(gòu)（X-rayabsorptionnearstructure）30～1000eV的振蕩稱為擴(kuò)展X射線吸收譜精細(xì)結(jié)構(gòu)（ExtendedX-rayAbsorptionFineStructureEXAFS）。兩者都是吸收原子周圍的鄰原子對出射光電子散射引起的，但理論細(xì)節(jié)不完全相同。

原理現(xiàn)在是4頁\一共有23頁\編輯于星期三出射光電子波受到周圍近鄰原子的背散射：背散射光電子波峰將與出射光電子波發(fā)生干涉：相長干涉使吸收增加，相消干涉使吸收下降。這樣就使吸收曲線出現(xiàn)振蕩EXAFS的產(chǎn)生原理現(xiàn)在是5頁\一共有23頁\編輯于星期三

增加入射X光子的能量將使光電子波長變短，出射與散射光電子波之間的干涉結(jié)果也就不同；當(dāng)散射原子的種類、數(shù)量及其與吸收原子的距離不同時，EXAFS細(xì)節(jié)也將出現(xiàn)差異，因此它包含著吸收原子周圍近鄰原子短程結(jié)構(gòu)信息。

原理現(xiàn)在是6頁\一共有23頁\編輯于星期三EXAFS函數(shù)通常EXAFS用一參量表示，它表示X射線吸收系數(shù)μ的歸一化的振蕩部分。式中：k是出射光電子的波矢的模，，

λe為光電子波長；為的平滑變化部分，在物理上相當(dāng)于孤立原子的吸收系數(shù)；為扣除背底以后的K吸收限高能側(cè)吸收系數(shù)?，F(xiàn)在是7頁\一共有23頁\編輯于星期三根據(jù)EXAFS的產(chǎn)生機(jī)理，可以預(yù)計將與下列因素有關(guān)：1、與吸收原子周圍的第j近鄰原子殼層中的同種原子數(shù)Nj、距離Rj及原子散射因數(shù)fj(2k)有關(guān)。這一部分可表示為：

EXAFS函數(shù)現(xiàn)在是8頁\一共有23頁\編輯于星期三EXAFS函數(shù)2、與散射光電子的位相改變有關(guān)。位相改變包含兩部分：光程差引起的位相差及出射和散射引起的相移。這一部分可表示為：現(xiàn)在是9頁\一共有23頁\編輯于星期三EXAFS函數(shù)3、與第j殼層原子的漫散分布程度有關(guān)。它包含熱振動和原子無序分布的影響。設(shè)σj為對Rj的均方根偏離，這個影響可表示為Debye-Waller溫度因數(shù)型的項現(xiàn)在是10頁\一共有23頁\編輯于星期三EXAFS函數(shù)4、與出射光電子保持原狀態(tài)的傳播距離有關(guān)。這個因數(shù)為：現(xiàn)在是11頁\一共有23頁\編輯于星期三吸收原子周圍的第j近鄰原子殼層中的同種原子數(shù)。原子散射因數(shù)吸收原子的距離RjDebye-Waller因子出射光電子平均自由程光程差引起的位相差及出射和散射引起的相移現(xiàn)在是12頁\一共有23頁\編輯于星期三EXAFS的數(shù)據(jù)采集與處理（1）求

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E曲線（2）扣除背景（3）擬合（4）E→k轉(zhuǎn)換（5）求（6）獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)其它原子的吸收，通過Victoreen公式擬合?，F(xiàn)在是13頁\一共有23頁\編輯于星期三EXAFS的數(shù)據(jù)采集與處理（1）求

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E曲線（2）扣除背景（3）擬合（4）E→k轉(zhuǎn)換（5）求（6）獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)

是自由原子的吸收，一般取中線。現(xiàn)在是14頁\一共有23頁\編輯于星期三EXAFS的數(shù)據(jù)采集與處理（1）求

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E曲線（2）扣除背景（3）擬合（4）E→k轉(zhuǎn)換（5）求（6）獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)現(xiàn)在是15頁\一共有23頁\編輯于星期三EXAFS的數(shù)據(jù)采集與處理（1）求

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E曲線（2）扣除背景（3）擬合（4）E→k轉(zhuǎn)換（5）求（6）獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)理論計算擬合法：先擬定被研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)模型，給出結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后根據(jù)理論公式計算相應(yīng)的EXAFS譜。將理論計算與實驗測定的EXAFS譜進(jìn)行比較，獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)。標(biāo)樣法：用結(jié)構(gòu)已知并與待定結(jié)構(gòu)相近的一種物質(zhì)作為標(biāo)樣，通過測定試樣和標(biāo)樣的EXAFS譜來確定未知結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在是16頁\一共有23頁\編輯于星期三現(xiàn)在是17頁\一共有23頁\編輯于星期三應(yīng)用舉例（在玻璃中的應(yīng)用）20GaF3-15InF3-20CdF2-15ZnF2-20PbF2-10SnF2現(xiàn)在是18頁\一共有23頁\編輯于星期三晶化前后樣品及三方相GaF3的Ga-K吸收邊的XAFS應(yīng)用舉例（在玻璃中的應(yīng)用）現(xiàn)在是19頁\一共有23頁\編輯于星期三應(yīng)用舉例（在玻璃中的應(yīng)用）晶化前后樣品及三方相GaF3的k3

以及徑向分布函數(shù)晶化前后玻璃樣品中Ga的配位情況沒有發(fā)生明顯變化現(xiàn)在是20頁\一共有23頁\編輯于星期三應(yīng)用舉例（在玻璃中的應(yīng)用）晶化前后樣品及三方相ZnF2的Zn-K吸收邊的XAFS現(xiàn)在是21頁\一共有23頁\編輯于星期三應(yīng)用舉例（在玻璃中的應(yīng)用）晶化前后樣品及四方相ZnF2的k3

以及徑向分布函數(shù)晶化前后玻璃樣品中Zn的配位情況發(fā)生明顯變化，結(jié)構(gòu)的無序度增大現(xiàn)在是22頁\一共有23頁\編輯于星期三EXAFS譜方法的特點(diǎn)