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同步辐射XAFS和XRD协同用于高熵合金的研究应用
来源: 时间:2025-07-14 14:24:52 浏览:267次

同步辐射XAFS和XRD协同用于高熵合金的研究应用

高熵合金(HEAs)以其独特的多主元设计和优异的性能潜力成为前沿材料研究热点。揭示其构效关系需要跨越多个空间尺度解析结构特征,其中局域原子环境的精准探测尤为关键。

1. 揭示局域原子结构与相变机制

局域晶格畸变与化学短程序(C-SRO)分析

同步辐射XAFS可探测原子尺度配位环境(键长、配位数),而XRD提供长程晶体结构信息。例如:

CrCoNi中熵合金和CrMnFeCoNi HEAs中,XAFS发现Cr原子周围存在明显局域晶格收缩(键长缩短约0.050.10 Å),同时XRD确认了面心立方(FCC)主相。这种协同分析揭示了局部畸变与宏观相稳定性的关联。

高压下HEAs的相变研究:结合原位高压XRDXAFS,证实FCCHCP相变由电子结构重排驱动(如d带中心偏移),而非单纯应力作用。

掺杂元素的局域环境解析

通过元素特异性XAFS分析掺杂原子的价态与配位对称性:

AlₓCoCrFeNiCu HEA中,XRD显示Al含量增加诱导FCCBCC相变(如x=1.5BCC相占比提升),而AlKXAFS表明Al原子倾向于四面体配位,解释了相变动力学。


2. 动态过程原位表征

非平衡凝固行为研究

利用同步辐射原位XRD追踪AlCoCrFeNix=0.3, 1)合金的凝固路径:

XRD确认初级相为FCC固溶体,而XAFS验证熔体中存在Al/Al团簇,解释了成分起伏对非平衡相选择的影响


凝固相变动态

高温氧化与腐蚀机制

AlCrCuFeMoNbₓ涂层中:

XRD识别表面氧化物相(如α-AlO, CrNbO₄),XAFS则揭示Cr的价态跃迁(Cr³⁺→Cr⁶⁺)加速氧化膜破裂,阐明了Nb含量提升抗氧化性的电子机制。


3. 多相异质结构关联分析

共晶HEAs的强化机制

Al.CoCrFeNi.₅中:

XRD定位FCC/BCC双相(FCC相比例≈60%),而FeKEXAFS显示FCC相中键长分布更离散,证明界面应变场是强韧化主因。

IMG_256

双相结构特征

非晶/晶相复合体系
Na₂ZnP₂O₇玻璃掺杂过渡金属时,XRD显示非晶结构(宽弥散峰),而Zn的K边XANES证实Co²⁺掺杂诱发四面体→八面体配位转变,影响离子迁移率。


4. 跨尺度建模与机器学习预测

结构-性能关联数据库构建

高通量XRD+XAFS技术加速HEAs筛选:

旋转样品台设计实现粉末样品XRD/XAFS同步采集(±5°振荡),单次实验获取结构因子与局域畸变量。

AlCuCrFeNi合金构建XRD指纹图谱,并联合FeEXAFS震荡振幅训练TNEC模型,相分类精度达。、


结论与局限

协同应用的核心价值在于:

尺度衔接:XRD(长程≥1 nm)与XAFS(短程≤0.5 nm)覆盖完整结构层次;

元素分辨:XAFS靶向特定元素(如掺杂剂、微量组分);

动态响应:同步辐射光源支持原位极端条件实验。

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全部 3小时前 四川
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