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1、X射线精细结构谱指导老师：张辉10125685 李世杰10125702 刘世亮内容概要内容概要w1.相关知识介绍w2.XAFS的原理概述w3.XAFS的应用及发展1.相关知识介绍相关知识介绍w1.1同步辐射w1.2吸收光谱w1.3吸收边w1.4傅里叶变换1.1同步辐射同步辐射w原子由原子核和绕原子核高速旋转的核外电子组成w核外电子按照不同的轨道运行，遵循能量由内到外逐次升高的原则排列。w核外电子受到激发会产生跃迁，并释放光子而产生光，x射线就是由原子的内层电子受到激发产生。w电子在同步加速器中绕着磁场作圆周运动时发出的电磁辐射叫同步加速器辐射，简称同步辐射，或叫同步光。 w同步辐射由电子同步加
2、速器实现。同步辐射同步辐射x射线的特点射线的特点w波长是连续的w亮度高w准直性好w无杂质射线w具有时间分辨性1.2吸收光谱吸收光谱wx射线被吸收的主要机制为 原子的内层电子向外层未填充的能态跃迁而吸收x光量子。w当X光量子的能量与电子跃迁的两个能态之间的能量差相等时， 相应波长的X射线被吸收的最大。w因此， 当包含一定波段范围的X射线连续谱被物质吸收时，不同波长的射线被吸收的大小不同， 因而吸收系数亦随波长(能量) 而变化， 吸收系数随波长的变化形成吸收谱。1.3吸收边吸收边 人们发现吸收系数在整个波段范围内不是单调改变，在某些位置会出现吸收突跃，出现突跃的点称为吸收边。不同层电子的吸收边不同
3、，不同元素的吸收边系也不相同，可因此做元素分析。1.4傅里叶变换傅里叶变换w傅里叶变换是将复杂信号转换成一系列正弦、余弦信号的信号处理方式2.XAFS原理及发展原理及发展w2.1 概述w2.2 问题的提出w2.3 对问题的解释w2.4 现象的应用w2.5 数据的处理w2.6 XAFS与XAS的比较2.1 概述概述w所谓x射线的精细结构谱(xrayAbsorption Fine Structure，XAFS)就是指由吸收边两侧的波动构成的，由吸收原子周围的近程结构决定的，提供的是小范围原子簇的结构和几何信息。2.2问题的提出问题的提出w早在19世纪初，人们就发现吸收光谱并不像左图（上）所示那样简
4、单，在吸收边附近激起高能广延段存在着一些分立的波起伏，这些起伏称为精细结构，如左图（下）所示。2.3对问题的解释对问题的解释两种理论长程有序理论（LRO)短程有序（SRO）2.3对问题的解释对问题的解释w原子（蓝色）吸收x射线后以光波的形式发出光电子。w吸收x射线的原子（蓝色）发出的波与周围原子（红色、绿色）发出的波叠加。w叠加的波发生干涉，随着x射线能量的改变产生强度的累积或抵消就形成了震荡波。2.3现象的应用现象的应用w不同的原子结构对应的震荡波是不同的w对震荡波进行分析，就能够得到吸收原子与周围原子之间的距离、这些原子的数量、类型以及吸收原子的氧化状态等信息。w分析的工具是傅里叶变换。2
5、.4现象的应用现象的应用wXAFS通常又被分为两个区域：XANES和EXAFSwXANES指吸收边30eV以内的近边结构谱wEXAFS指30eV以外的扩展x射线精细结构谱w目前主要应用EXAFS2.5 数据的处理数据的处理w第一步：据公式：2.5数据的处理数据的处理w第二步：通过如下方程，将能量谱转化为波数谱.2.5数据的处理数据的处理w第三步：通过傅里叶变换将k空间变换为R空间如图所示，变换公式如下：2.6 XAFS与与XAS的比较的比较w对样品的要求：XAFS相对于X衍射来说对样品的要求较小，不必一定是晶体，可以是非晶体，可以是固体，也可以是液体甚至气体，可以是单一物相，也可以是混合物。w
6、探测的广度：与X衍射仅能分析晶体的成分不同，XAFS能够对物质内部原子量级的配位环境进行探测。对于了解物质尤其是非长程有序的非晶体物质的微观结构是有力的分析工具。3 XAFS的应用的应用w3.1 概述w3.2 在物理学研究中的应用w3.3 在化学研究中的应用w3.4 在生命科学研究中的应用w3.5 在材料科学中的应用3.1概述概述wXAFS(xray absorption fine Structure，X射线吸 收精细结构)技术是同步辐射应用的最重要领域之一，XAFS现象只决定于短程序的相互作用，不需要样品具有长程有序结构，并且元素的x射线吸收具有元素特征，可以通过调节x射线的能量，对凝聚态物
7、质的复杂体系中各种元素的原子周围环境分别进行研究，给出吸收原子邻近配位原子的种类、距离、配位数和无序度因子等结构信息，在物理 化学、材料和生命科学等领域有广泛的应用并解决许多重要问题 w特别是同步辐射光源的使用，使XAFS得到了长足的发展。3.1 概述概述同步辐射同步辐射XAFS装置装置3.2 XAFS在物理研究中的应用在物理研究中的应用w右图为在北京同步辐射XAFS站利用荧光XAFS探测方法测量在sio2村底上外延生长l0nm和105nmPt薄膜的荧光EXAFS谱w图中表明,10nm和105nm厚的Pt薄膜的L吸收边的荧光EXAFS谱的EXAFS振荡峰形状基本相似，只是10nm Pt样品的信噪比略低结果表明，在很薄的PI膜中，n原子的近邻配位环境结构与金属Pt的相近3.3XAFS在化学研究中的应用在化学研究中的应用w右图为化学还原法制备的NiB和NiP超细非晶态台金催化剂在不同退火温度处理后的径向结构函数曲线。3.4XAFS在生命科学研究中的应用在生命科学研究中的应用w右图为人血清白蛋白HSA和牛血清白蛋白BSA中锌元素的荧光XAFS谱3.5XAFS在材料科学研究中的应用在材料科学研究中的应用Think you!
