冲击加载下LiF晶格形变的闪光X射线衍射测量EI北大核心CSCD

在轻气炮加载实验平台上,利用小型闪光X射线源建立了一套脉冲X射线衍射测量系统。利用该测量系统对平面冲击加载条件下LiF晶体微观结构变化进行了研究,得到了不同冲击加载压力下LiF晶体的单次脉冲X射线衍射图像。实验结果表明:沿[100]晶向加载,LiF晶体晶格发生了压缩,压缩量与衍射峰偏移量相关;基于小型闪光X射线源的脉冲X射线衍射测量系统可实现冲击压缩下材料微观结构变化的定量化测量,同时具有体积小、操作简单等优点,为研究弹塑性形变微观机理提供了一种有效手段。     

钒的冲击熔化原位X射线衍射测量研究

高压结构与相变研究对理解物质在极端压缩条件下的性质变化和动力学响应行为具有重要的科学价值,然而部分过渡金属的动/静高压熔化线差异一直是多年来悬而未解的科学难题.其中动、静高压固-液相界幅值差异最大的是第五副族金属,以钒最为反常,至今仍缺乏自洽的物理认识和理解.本文采用高能脉冲激光驱动的瞬态X射线衍射诊断技术,对冲击压缩下钒的熔化特性进行了研究,首次获取了冲击压缩下钒在200 GPa范围内的晶体结构响应随压力变化的衍射图谱.研究发现,冲击压力为155 GPa时,钒仍保持固态bcc相;至约190 GPa时转变为液态.这一结果否定了早期确定的静压熔化线,与最新的冲击熔化线及高温高压相图符合,为钒高压熔化线的统一认识提供了新的微观实验证据.本工作亦可推广至其他材料熔化特性的研究工作中.     

诊断LiF单晶弹性变形的瞬态X射线衍射

利用瞬态X射线衍射技术对LiF单晶沿晶向［100］方向冲击加载的晶格变形进行了诊断研究。实验在神光Ⅱ装置的球形靶上进行,北四路激光驱动Cu靶获得的类He线作为X射线背光源,第九路为加载光源,对大小为7 mm7 mm、厚300 m的受激光加载的LiF单晶衍射,实验获得了LiF单晶晶面(200)压缩和未压缩状态的衍射信号。实验结果表明：LiF单晶在激光沿［100］方向冲击加载下,晶格发生了弹性变形,(200)晶面间距变小,衍射线上移,晶格压缩量为11%;该瞬态X射线衍射技术可用于冲击加载下的微观动态响应特性测量。     

诊断LiF单晶弹性变形的瞬态X射线衍射

利用瞬态X射线衍射技术对LiF单晶沿晶向[100]方向冲击加载的晶格变形进行了诊断研究。实验在神光Ⅱ装置的球形靶上进行,北四路激光驱动Cu靶获得的类He线作为X射线背光源,第九路为加载光源,对大小为7mm×7mm、厚300μm的受激光加载的LiF单晶衍射,实验获得了LiF单晶晶面(200)压缩和未压缩状态的衍射信号。实验结果表明:LiF单晶在激光沿[100]方向冲击加载下,晶格发生了弹性变形,(200)晶面间距变小,衍射线上移,晶格压缩量为11%;该瞬态X射线衍射技术可用于冲击加载下的微观动态响应特性测量。     

Lal-xTexMnO3晶格结构的X射线粉末衍射分析

通过X射线粉末衍射数据,用Rietveld精修方法分析了Te部分替换LaMnO3中La后,其晶格参数及其结构对称性所发生的变化.结果表明:Te掺杂LaMnO3系列样品具有R(3)C的晶格结构对称性,其MnO6八面体晶格还产生了伸张畸变,畸变程度随Te掺杂量的增加而增大.此外根据Mn-O-Mn键角、eg电子能带的带宽、A位离子平均半径及A位离子尺寸失配度等的变化特点,推测Te掺杂LaMnO3样品除居里温度等相变物理量将随x增加而非线性变化外,还可能产生自旋玻璃态、相分离等宏观现象.     

半导体超晶格属性的高分辨率X射线衍射研究

详细阐述了低维半导体材料的X射线衍射的动力学理论和运动学理论从高木陶平(T-T)方程出发,基于波动光学原理,推导出任意结构的多层膜的X射线衍射振幅的递推关系式并编写X射线衍射的程序,分别用动力学和运动学衍射理论模型模拟了20层GaAlAs/GaAs超晶格的X射线衍射结果,得到超晶格样品的结构参量.     

闪光X射线衍射成像系统设计及实验方法

为实现材料在冲击加载下微观动力学响应测量,基于小型闪光X射线源开展衍射成像系统设计.利用直流X光机及高纯锗探测器实现系统衍射光路的精确调节,克服了闪光X射线瞬时强度高及连续辐射本底强导致的衍射角度确定困难,并采用Scandiflash AB公司TD-450S和成像板建立了衍射成像系统.应用该系统在冲击加载实验中获得了LiF单晶单脉冲的Mo-Kα线静态及动态衍射图像.该闪光X射线衍射系统时间分辨率可达25ns,为冲击压缩实验中材料瞬时结构变化测量提供了新的实验方法.     

高压下X射线衍射技术

物质在高压条件下可以发生多种变化。一般地说,起初被压缩,这时,一方面原子间距离减小,另一方面也可能使原子组转移,而后达到一定压力时,可能发生相变。研究物质在高压下的这些变化具有重大的实际意义,也是高压物理学的主要内容。由于这种变化往在是可逆的,必须在加压条件下进行研究,因此高压下X射线衍射技术受到了很大的注意。     

多孔硅层晶格畸变的X射线双晶衍射研究

利用X射线双晶衍射方法,对从同一Si(111)基片上切割的两块样品,在不同电解电流密度下,腐蚀形成的多孔硅层相对于基体硅的晶格畸变进行了分析。这两块样品晶格的畸变明显不同。其中电流密度较小的样品畸变较大,其多孔硅层对于基体硅在垂直和平行于晶体表面的方向上,晶格有不同程度的膨胀,搁置一段时间后,两者晶格渐渐匹配,但存在着弯曲。两者的(111)晶面取向亦有偏差。电流密度较大时多孔硅层较厚,其双晶反射强度很低,且弥散地迭加在基体硅反射峰上。     

高压高应变率加载下多晶相变的原位X射线衍射

高功率激光可通过直接烧蚀产生高温、高压、高应变率的物质状态,同时也可驱动金属箔产生与之精密同步的超短超强X射线源,成为利用原位X射线衍射技术研究材料在极端高温、高压、高应变率下相变动力学的重要实验平台.本文基于原型高功率激光装置建立高压、高应变率加载下材料相变的原位X射线衍射诊断平台,并以典型金属钒和铁为例开展冲击相变的原位观测.实验表明,在高应变率(108—109s-1)冲击加载下,金属钒在69 GPa时依然保持体心立方结构不变,而金属铁在159 GPa时已经由体心立方结构转变为六角密排结构,均与文献报道一致.同时原位X射线衍射实验测量的材料压缩特性与宏观Hugoniot曲线符合得很好.利用原位X射线衍射技术研究高应变率动态加载下材料的相变行为对理解材料相变的应变率效应和动力学过程具有重要的科学意义,同时对提高材料工程服役的可靠性以及突破材料极端环境服役的发展瓶颈具有重要的工程价值.     

闪光X射线照相系统调制传递函数测量

本文叙述调制传递函数(MTF)的基本概念.介绍了闪光X射线辐射照相屏-片记录系统的调制传递函数的常用测量方法.我们分别用矩形波光栅、台阶楔、针孔作输入激励,测出了高能闪光X射线照相系统的调制传递函数,并对测量结果进行分析对比.这些实测的MTF对成象系统成象性能的定量认识、照相条件的最佳选择、照相图象的事前预估、模糊图象的事后处理都有很重要的实用价值.     

X射线衍射增强成像中的定量测量

提出了一种基于X射线衍射增强成像(DEI)断层计算机X射线层析术(CT)图像的物体尺寸精确测量方法.X射线衍射增强成像是一种基于相位衬度的成像技术.通过建立DEI的简化模型,研究衍射成像过程中品体转角、投影图像谷点位置、成像系统等效模糊等因素之间关系,由此具体探讨了系统模糊效应对圆物体边界成像带来的位置偏移,并以圆形被测样品为例.提出可精确测定直径的简单有效算法.通过理论仿真模型数据和北京同步辐射装置上的实测数据验证了该算法的精度.该方法实现了利用DEI图像对被测物体几何尺寸的精确测量,可用于对牛物组织样品等物体内部微小结构的尺寸的精确测量.     

利用高分辨X射线衍射研究磷酸二氢钾晶体晶格应变应力

采用高分辨X射线衍射技术对大尺寸磷酸二氢钾(KDP)晶体的晶格应变进行了测量,并定量分析了其晶格应力.探讨出KDP晶体容易沿着[001]方向发生开裂,与实际工作中的开裂现象相符合;进一步归纳总结了晶体生长过程中引入内应力而导致晶体开裂的主要因素.研究结果为提出相应的晶体防裂措施提供了重要的理论基础.     

超晶格结构X射线衍射分析及其结构参数的计算

在本文中,我们在经典的X光运动学理论的基础上,加入一些改进,不再直接计算超晶格的结构因子F00L,而是计算各原子面的散射波函数,获得了卫星峰的模拟峰形和pendell?sung条纹,克服了原来不能解释峰形和pendell?sung现象的缺点。本文还用此方法对GaAlAs/GaAs超晶格和GeSi/Si应变超晶格进行了模拟计算,与实验吻合很好,证明了理论的正确性。     

形变α黄铜中层错的X射线测量

本文是文献[1]的续篇。对于原A,B,C三种样品在已测得D_eff,ρ,M,R_e和(E/V)的基础上,又分别测出了抽出型、插入型和孪生层错几率α′,α″和β以及层错能γ,真正晶块大小D₀。 关键词：     

基于原位X射线衍射技术的动态晶格响应测量方法研究

获取动态压缩条件下结构演化过程是冲击相变及其动力学机理研究最为关注的基础问题之一.对此,基于激光驱动瞬态X射线衍射技术,通过系列实验的物理状态关联和抽运-探测时序控制,实现了静态与动态晶格衍射信号的同时获取,消除了不同实验的装置结构和样品差异带来的测量误差,建立了一种基于原位X射线衍射技术的动态晶格响应测量方法.利用上述实验方法,成功实现了激光冲击加载下[111]单晶铁晶格压缩过程的原位测量,获取弹性及塑性响应的晶格压缩度与宏观雨贡纽测量结果完全符合,从晶格层面证实了超快激光加载下的高屈服强度(雨贡纽弹性极限值大于6 GPa),以及可能与晶向效应或加载率效应相关的相变迟滞现象(至终态压力23.9 GPa仍为体心立方结构),相关物理机制仍有待进一步研究.上述测量方法的建立为后续开展相变动力学机理研究提供了可行的技术途径和重要的参考价值.     

X射线衍射的教学

本文提出了一种从平面透射光栅过渡到晶体的Ｘ射线衍射的教学方法．     

X射线衍射的发现

简单介绍了埃瓦尔德（Ewald P P）、劳厄（von Laue M）和布拉格父子（Bragg　W　H及Bragg　W　L）在1912年发现X射线衍射方面的贡献.1911年埃瓦尔德在索末菲的指导下在慕尼黑大学从事博士论文研究,劳厄在与他的讨论中了解到晶格的平移周期与X射线的波长属于同一量级,因此想到在二维光栅的两个衍射方程组中再加一个类似的方程,就可以描述X射线在三维晶体中的衍射.在此假设的指导下,Friedrich　W和Knipping P在1912年4月开始用CuSO4后来用闪锌矿（立方ZnS）进行实验,很快就得到X射线衍射的证据.这不但证明了X射线的波动性,还确定了晶体的三维周期性.老布拉格在1912年夏得知这个消息,与他儿子小布拉格一道尝试用X射线的粒子性解释它,并由小布拉格在剑桥大学重复这个实验.根据衍射斑点的椭圆形状和从Pope与Barlow那里学到的晶格理论（由此得知ZnS具有面心立方晶格）,小布拉格将X射线在晶体中的衍射看作是X射线从一些晶格平面的反射,从而推导出著名的布拉格方程.布拉格父子开拓了X射线晶体结构分析这门新兴学科,从简单的无机化合物和矿物,逐渐发展到有机化合物和生物大分子.劳厄和布拉格父子分别强调慕尼黑和剑桥的优良科学环境对发现X射线衍射的重要性.鉴于埃瓦尔德在发现X射线衍射的作用及他后来在倒易格子及动力学衍射理论方面的贡献,不少晶体学家认为他也应获得诺贝尔物理奖.     

X射线衍射的发现

简单介绍了埃瓦尔德(Ewald P P)、劳厄(von Laue M)和布拉格父子(Bragg W H及Bragg W L)在1912年发现X射线衍射方面的贡献．1911年埃瓦尔德在索末菲的指导下在慕尼黑大学从事博士论文研究，劳厄在与他的讨论中了解到晶格的平移周期与X射线的波长属于同一量级，因此想到在二维光栅的两个衍射方程组中再加一个类似的方程，就可以描述X射线在三维晶体中的衍射．在此假设的指导下，Friedrieh W和Knipping P在1912年4月开始用CuSO4后来用闪锌矿(立方ZnS)进行实验，很快就得到X射线衍射的证据．这不但证明了X射线的波动性，还确定了晶体的三维周期性．老布拉格在1912年夏得知这个消息，与他儿子小布拉格一道尝试用X射线的粒子性解释它，并由小布拉格在剑桥大学重复这个实验．根据衍射斑点的椭圆形状和从Pope与Below那里学到的晶格理论(由此得知ZnS具有面心立方晶格)，小布拉格将X射线在晶体中的衍射看作是X射线从一些晶格平面的反射，从而推导出著名的布拉格方程．布拉格父子开拓了X射线晶体结构分析这门新兴学科，从简单的无机化合物和矿物，逐渐发展到有机化合物和生物大分子．劳厄和布拉格父子分别强调慕尼黑和剑桥的优良科学环境对发现X射线衍射的重要性．鉴于埃瓦尔德在发现X射线衍射的作用及他后来在倒易格子及动力学衍射理论方面的贡献，不少晶体学家认为他也应获得诺贝尔物理奖．     

高压下碳纳米管的X射线衍射研究

 用同步辐射原位高压能散X射线衍射技术,对碳纳米管进行了结构和物性的研究,压力达50.7 GPa。在室温常压下,碳纳米管的结构和石墨的hcp结构相似,其(002)衍射线的面间距为d₀₀₂=0.340 4 nm,(100)衍射线的面间距为d₁₀₀=0.211 6 nm。从高压X射线衍射实验看到,当压力升到8 GPa以上时,(002)线变宽变弱,碳纳米管部分非晶化。而当压力从10 GPa或20 GPa卸压至零时,(002)线部分恢复。但当压力升高至最高压力50.7 GPa时,碳纳米管完全非晶化,而且这个非晶化相变是不可逆的。用Birch-Murnaghan方程拟合实验数据,得到体弹模量为K₀=(54.3±3.2)GPa（当K′₀=4.0时）。