第4章同步輻射技術(shù)課件

第四章同步輻射技術(shù)及其在材料學(xué)中的應(yīng)用11同步輻射光源和同步輻射裝置同步輻射技術(shù)及其在材料學(xué)中的應(yīng)用上海同步輻射中心簡(jiǎn)單介紹22

同步輻射光源和同步輻射裝置33同步輻射是一種先進(jìn)和不可替代的光源是一類與中子散射互補(bǔ)的大科學(xué)裝置是一個(gè)產(chǎn)生新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法的平臺(tái)是一個(gè)不同學(xué)科互相交融的理想場(chǎng)所是一個(gè)凝聚和培養(yǎng)優(yōu)秀創(chuàng)新人才的基地4同步輻射4什么是同步輻射？實(shí)驗(yàn)觀察接近光速運(yùn)動(dòng)的電子在改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)會(huì)沿切線方向輻射電磁波。1947年4月，F(xiàn).R.Elder等人在美國(guó)通用電氣實(shí)驗(yàn)室的70MeV的電子同步加速器上首次觀察到了電子的電磁輻射，因此命名為同步輻射。5什么是同步輻射？566同步輻射光的特點(diǎn)77

高亮度8高亮度8高亮度的優(yōu)勢(shì)：實(shí)時(shí)（化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、相變過(guò)程、活細(xì)胞變化過(guò)程）原位（高低溫、高壓、高真空等）微量樣品其他要求高光強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，如X射線反射等9高亮度的優(yōu)勢(shì)：9寬能譜從紅外線、可見光、真空紫外線、軟X射線一直延伸到硬X射線10寬能譜101111小發(fā)散12小發(fā)散12脈沖光13脈沖光13高偏振度14高偏振度14具有精確的可預(yù)算的特性。可以用作各種波長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)光源。絕對(duì)潔凈。因?yàn)樗诔哒婵债a(chǎn)生，而沒有任何如陽(yáng)極、陰極和窗口帶來(lái)的干擾15具有精確的可預(yù)算的特性?？梢杂米鞲鞣N波長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)光源。15同步輻射裝置發(fā)生裝置（光源）光束線實(shí)驗(yàn)站16同步輻射裝置16

同步輻射裝置組成部分及功能一、同步輻射發(fā)生裝置1、注入器直線加速器（linac):初步加速，幾十至幾百M(fèi)eV,產(chǎn)生電子，形成電子束團(tuán)增強(qiáng)器（Booster):用同步加速器進(jìn)一步加速電子達(dá)到需要值，可達(dá)GeV17同步輻射裝置組成部分及功能172、電子儲(chǔ)存環(huán)一定能量電子在環(huán)內(nèi)穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)射同步輻射由磁聚焦結(jié)構(gòu)、高頻加速諧振腔、束流傳輸束線、插入件（扭擺器、波蕩器）及真空室構(gòu)成182、電子儲(chǔ)存環(huán)18二、光束線：作用：對(duì)原始白色輻射進(jìn)行加工以滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)波長(zhǎng)、尺寸等的要求，并把輻射從發(fā)射點(diǎn)引導(dǎo)到實(shí)驗(yàn)裝置的整個(gè)光路。1、前端區(qū)：從發(fā)射點(diǎn)到儲(chǔ)存環(huán)出口作用：截取、引導(dǎo)、控制輻射：防止輻射對(duì)儀器、設(shè)備和人體造成損傷；保護(hù)儲(chǔ)存環(huán)真空元件：狹縫、擋光器、真空快慢閥、光閘、真空位置探測(cè)器、光束位置監(jiān)控器、隔離窗。19二、光束線：192、光束線：從儲(chǔ)存環(huán)出口到實(shí)驗(yàn)裝置的一段作用：除類似前端區(qū)功能外，主要是對(duì)輻射加工，以獲得有一定能量（范圍）、一定光斑尺寸和平行度的實(shí)驗(yàn)用光束元件：反射鏡、準(zhǔn)直鏡、聚焦鏡、單色器、狹縫202、光束線：從儲(chǔ)存環(huán)出口到實(shí)驗(yàn)裝置的一段202121222223232424251皮秒等于一萬(wàn)億分之一（即10的12次方分之一）秒251皮秒等于一萬(wàn)億分之一（即10的12次方分之一）秒2626272728282929303031313232333334343535363637373838393940同步輻射小角X射線散射（saxs）主要應(yīng)用于尺寸為1nm—100nm的納米結(jié)構(gòu)表征，可以表征固體、液體、粉末、薄膜等多種形式的樣品，主要應(yīng)用的領(lǐng)域有聚合物、纖維材料、金屬材料、半導(dǎo)體材料等等。常見的實(shí)驗(yàn)方法為透射的SAXS和掠入射的小角散射（GISAXS），這兩者的區(qū)別是透射的SAXS測(cè)量的是體相結(jié)構(gòu)的信息，而GISAXS則是測(cè)量的表面及表層結(jié)構(gòu)，因此常用于薄膜材料的表面及表層不同深度的結(jié)構(gòu)表征。而這兩種實(shí)驗(yàn)方法又都可以做一些原位的實(shí)驗(yàn)，例如樣品在拉伸、剪切、變溫等實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的結(jié)構(gòu)變化，催化劑的反應(yīng)過(guò)程測(cè)量。因此具有非常靈活的實(shí)驗(yàn)手段，可以根據(jù)需要自行加入相關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)各種實(shí)驗(yàn)過(guò)程的有效表征。40同步輻射小角X射線散射（saxs）主要應(yīng)用于尺寸為1nm

SAXS和WAXS實(shí)例4141424243434444454546