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    同步辐射全散射PDF(第一期)PDF以及实验基础理论
    来源:科学10分钟 时间:2022-05-15 21:48:02 浏览:2835次


    PDF以及实验基础理论



    1.1 什么是PDF和RDF

    众所周知,结构的测试方法有多种,如核磁共振(NMR)、穆斯堡尔谱学和衍射法,其中的NMR和穆斯堡尔谱学是用于检测局域有序的核物理方法。然而,作为更大范围使用的衍射法(包括有XRD、中子衍射、电子衍射以及同步辐射等),其关键的分析技术就是原子的分布函数法。

    分布函数是一个统计物理学的概念,表示在一个原子附近的径向原子分布状态,一般有三种形式:径向分布函数(Radial Distribution Function,RDF)、双体分布函数g(r)(Pair Distribution Function,PDF又称对分布函数)以及约化径向分布函数G(r)。

     ↓快速预同步辐射全散射PDF测试 



    图1.1 原子结构与径向密度函数的关系示意图

    我们使用最多的是对分布函数PDF,对于N元体系来说,就有N(N-1)个偏双体分布函数: 

    对于PDF的函数图的分析,可以得到非晶合金结构的重要参数[1, 2]:如图1.2所示两种不同的材料状态的对分布函数。

    A 最近邻原子平均距离:双体分布函数第一峰位值即为最近邻原子平均值;

    B 最近邻配位数:CN等于PDF函数的第一个半峰面积的两倍,即:

    C 原子的平均位移:位移等于RDF函数一个半峰宽度的1/2.36倍;

    D 有序畴尺寸:在双体分布函数约等于1,即为有序畴边界,考虑实验误差一般取g(r)=1.02时的r对应有序畴尺寸;

    E 第一峰的高度和形状可以反应原子之间的结合强度,如峰表现为尖锐,表明在此半径范围内的原子数密度比平均密度要高很多,中心原子与最近邻原子的相互结合强度也比较大;

    F 第一峰与第一谷的关系通过经验性的方法,可用来确定玻璃转变点。

     

    图1.2 对分布函数


    1.2  静态结构因子

    静态结构因子(Static Structure Factor,SSF) 是一个连接实验分析与模拟分析的重要参量。对于衍射分析来说,它表征的是材料对射线的散射能力,反映结构的平均信息。结构因子S(Q)可以和上述的PDF相互转化(互为傅里叶变换):


    1.3  衍射实验

    X射线衍射技术(X-ray Diffraction, XRD)是材料分析的最常用手段之一。对于晶体材料,XRD测量布拉格衍射峰,提供样品的物相和晶体结构信息。

    X射线衍射是属于散射的一个特例了,是相干散射,强调入射波与目标物质发生相互作用后传播方向变化的过程,且衍射偏向强调波被周期性结构散射后的结果。对纳米材料、半晶体、非晶、液体等材料,衍射的相干性降低,同样的进行XRD过程,我们称为X射线散射。

    所以,散射衍射本质上是同样的东西作用于不同物体上的不同称呼,没有本质的差别。从散射的空间分布的剖面看,不强调某个特定方向的时候泛称散射,而要强调某个特定的模式、方向的分布时则说衍射。

    弹性散射是指在散射中没有频率位移、无能量损失,也就是相干散射。而非弹性散射,也就是说散射后不但能量改变,方向也有变化,如Compton散射。我们在获得PDF的时候需要的就是相干散射数据,所以称为X射线全散射实验(X-ray total scattering),其操作方式、原理和XRD相同。

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    12条评论
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    全部 3小时前 四川
    文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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