中子小角散射讲座：第三讲 中子小角散射在材料科学中的应用

X射线小角散射在材料科学中是分析物质结构的重要手段之一[1].由于中子吸收截面小,所以中子小角散射可以采用较大的厚块样品.长波长的冷中子,既可以避免X射线结晶学中的双布拉格衍射,又可以在较小的散射矢量Q范围内研究中子散射强度的分布.某些近邻元素(如 Al,Mg等),对X射线的散射能力几乎一样,而它们的中子散射振幅则是无规的.所以,中于小角散射又特别适宜研究相邻元素合金中的分凝现象.中子具有磁矩,能与磁性物质相互作用,产生磁的小角散射. 这里应当强调指出,所谓“小角”,是指小的散射矢量值,大小范围约为 其中da为样品中结构单元间…     

我国同步辐射小角X光散射装置

小角X光散射是当X光照射到物质上时发生的在原光束附近小角度范围内的电子相干散射,凡是存在纳米尺度的电子密度不均匀区的物质均会产生小角X光散射现象,因此它是表征纳米、多孔材料结构的理想手段。普通X光源产生的X光强度弱,限制了小角X光散射的应用,采用同步辐射为X光源,则可以大大提高X光强度。目前我国已建立同步辐射小角X光散射站,本文对其装置进行了介绍。     

中子小角散射讲座：第二讲中子小角散射装置及实验技术

自从 Krishnamurti(1930)和 Warren(1934)首先对碳黑及其它一些物质观察到小角散射现象后,立即吸引了科学家们的注意,把精力投入基本原理和X射线谱仪的更新工作中去.在用X射线对溶液、纤维和蛋白质研究的同时,又推动了光和热中子小角散射研究的发展,确认小角散射技术能够广泛应用于冶金学、生物大分子、聚合物及物理化学等各种领域.1955年法国著名物理学家 Guinier和 Fournet合写的“Small Angle Scattering of X-Rays”这一经典著作问世后,热中子小角散射的研究自此稳定地开展起来. 第一届和第二届小角散射国际会议分别在美国的 Syrac…     

第一讲中子散射与散裂中子源

中子散射是研究物质微观结构和动态的理想工具之一,广泛地应用于凝聚态物质研究和应用的众多学科领域.散裂中子源能是新一代的加速器基脉冲中子源,能为中子散射提供高通量的脉冲中子.文章简明地介绍了中子散射的特点和它作为物质结构和动态探针的优越性,以及散裂中子源的基本原理、发展状况和多学科的应用优势.我国计划建设的散裂中子源CSNS中,靶站将由多片钨靶、铍/铁反射体和铁/重混凝土生物屏蔽体组成.质子束功率100kW下,脉冲中子通量约为2.4×1016n/cm2/s.第一期将设计建造高通量粉末衍射仪、高分辨粉末衍射仪、小角散射仪、多功能反射仪和直接几何非弹性散射仪等五台典型的中子散射谱仪,以覆盖大部分的中子散射研究领域.     

中子小角散射讲座：第四讲 中子小角散射在聚合物和生物大分子中的应用

三十多年来,研究化学聚合物和生物大分子的空间结构,一般都袭用光或X射线的弹性散射或准弹性散射技术,并已获得了大量的结构信息.但是,由于非晶态化学聚合物的不断出现及其特殊的技术应用价值,而能形成结晶态的生物大分子毕竟有限,再加上聚合物和生物大分子中都含有大量的氢,氢和氘对中子的散射振幅完全不同,使得中子小角散射在化学聚合物和生物大分子科学研究中,显示出独到之处,取得了极有价值的成果,澄清了一些长期有争议的问题,受到有关专家的重视[1,2] 一、在化学聚合物中的应用1.一般原理 化学聚合物是由单体或单分子物质经聚合反应而…     

小角X光散射中干涉效应的判断与处理

小角X光散射是当X光照射到物质上时发生的在原光束附近小角度范围内的电子相干散射,凡是存在纳米尺度的电子密度不均匀区的物质均会产生小角X光散射现象,因此它是表征纳米、多孔材料结构的理想手段。SAXS中的有关理论一般仅适用于稀疏体系,对于密集体系,往往会产生干涉现象。本文简要总结了目前文献中有关干涉效应的判断与处理方法。     

中国散裂中子源小角散射谱仪

正作为中国散裂中子源(CSNS)首批建设的三套谱仪之一,小角散射谱仪用于探测物质体系在1~100 nm尺度内的微观和介观结构。它的实验应用范围将涵盖化学、物理、生物、材料、地质等广泛学科,服务于国家能源、环境、生物和新材料等诸多高科技研发领域。中国散裂中子源小角散射谱仪建成后,能为图1所示例的诸多科学探索与技术研发工作,提供必需的实验方法及其技术手段。一、中子散射技术的缘起与现状     

富勒烯-PVP聚合物链团结构的中子小角散射实验研究

应用中子小角散射技术研究了水溶液中富勒烯-PVP聚合物的链团结构及其大小以及它们在不 同富勒烯含量下的变化.结果表明：当加入富勒烯后，不论是PVP单体分子链还是大分子链团 ，其相关长度与纯PVP溶液相比均变小，且大分子链团的变化更为明显；在不同富勒烯含量 情况下，高富勒烯含量的富勒烯-PVP分子链团的体积更小. 关键词： 中子小角散射 富勒烯 PVP聚合物     

小角x射线散射确定TiNi薄膜中晶化粒子的长大激活能

用小角x射线散射技术研究以直流磁控溅射方法制备TiNi合金薄膜其退火生成的晶化粒子的长大行为.发现在室温下溅射的TiNi合金薄膜存在小于1nm尺寸的微空洞,将退火后薄膜的小角x射线散射强度扣除退火前微空洞产生的小角x射线散射强度,用这种方法得到的散射强度遵从Porod定律;而用通常方法扣除背底得到的散射强度结果不满足Porod定律.TiNi合金薄膜在733—793K之间退火晶化粒子的长大激活能Eg=301kJmol. 关键词： TiNi薄膜 晶化粒子 长大激活能     

冲击加载合金材料微缺陷的中子小角散射初步实验

在冲击动态加载破坏下，金属材料会产生微孔洞、微裂纹和位错等微结构缺陷，这会明显影响材料的某些性能。采用中子小角散射技术研究了冲击加载前后合金材料微缺陷的变化。实验样品分别是以Al和Mg为基体、含有少量其他元素的两种圆柱状合金材料，将样品用不同速度的钢弹冲击，测量样品为加载前、后合金材料共计4个。     

Ti-Mo合金氢化物微观缺陷的小角X射线散射研究

采用小角X射线散射(SAXS)方法对Ti-Mo合金氢化物的微观缺陷进行了研究.结果表明,氢化物样品中Mo含量为5at％时,所测定的SAXS强度在高散射角区明显低于其他样品的SAXS强度.氢化物中的晶粒及其内部的亚结构是引起SAXS现象的散射体,而这些亚结构是由合金氢化时引入的大量位错所产生.Mo 含量为5at％合金主要为hcp结构而其他合金为bcc结构,但两种合金氢化后都成为fcc结构的氢化物.据此,认为hcp结构与bcc结构Ti-Mo合金在氢化时氢化物结构相同但引入的位错缺陷特征不同. 关键词： Ti-Mo合金氢化物 小角X射线散射 微观缺陷     

用中子散射法研究凝聚态物质的新进展

在近２０年间,由于中子源和散射装置的改进,中子散射在凝聚态物质中的应用日益广泛,许多方面是其它（ｘ射线、电子）散射技术无可比拟的。本文在简单评述供散射用的中子源和散射实验技术进展之后,重点介绍中子散射在凝聚态物质研究中的应用。它们包括晶体结构和磁结构的测定、表面、界面和薄膜的表征、测定结构涨落、磁涨落的现代相变研究、畸变、无序系统（包括分形和小角散射）和高分子材料、高Ｔ＿ｃ氧化物超导体的研究,工业上应用也作了简短讨论。     

数值模拟高能中子照相

 模拟了14 MeV中子在穿透样品后与闪烁体光纤的作用。对每根光纤中的能量沉积进行了计算,并转换成可见光(496 nm)光子数。在模拟实验中,分析了影响图像质量的因素。计算了散射中子本底与闪烁体和样品(聚乙烯)间距的关系。当间距为cm量级时,散射中子本底对图像的影响很小。计算表明系统对样品的甄别厚度与入射中子总数有关,在一定范围内近似与中子总数的对数成线性关系。通过模拟结果给出了理想平行中子束入射情况下系统的平面分辨率。     

用中子散射法研究凝聚态物质的新进展

在近２０年间，由于中子源和散射装置的改进，中子散射在凝聚态物质中的应用日益广泛，许多方面是其它（ｘ射线、电子）散射技术无可比拟的。本文在简单评述供散射用的中子源和散射实验技术进展之后，重点介绍中子散射在凝聚态物质研究中的应用。它们包括晶体结构和磁结构的测定、表面、界面和薄膜的表征、测定结构涨落、磁涨落的现代相变研究、畸变、无序系统（包括分形和小角散射）和高分子材料、高Ｔ＿ｃ氧化物超导体的研究，工业上应用也作了简短讨论。     

中子散射技术及其应用

热中子的波长和凝聚态物质的原子／分子间距具有相同的量级，而其能量又和原子／分子的热运动能量相近．因此，利用热中子的弹性和非弹性散射效应，可以从微观层次上获取物质的结构和动力学知识。目前，中子散射技术在物理、化学、化工、生物和材料科学等研究领域的应用已经获得了许多用其他方法无法得到的知识，文章介绍了中子散射的基本原理和特点，并列举了中子散射技术在相关研究领域中的典型应用     

中子散射在磁性材料研究中的应用

中子具有天然磁矩,穿透能力强且对轻元素敏感等独特的优势,是目前研究材料中磁结构最有力的工具。发展中子散射技术对开发新型磁性材料和研究磁性物理机理等方面具有重大意义。文章介绍了几种常用的中子散射技术(如粉末衍射、小角散射、反射等),并通过典型的实例来说明它们在磁性材料研究中的具体应用。针对国内介绍中子反射技术的资料相对较少,尤其是极化中子反射技术在精确定量表征薄膜磁性大小和分布方面的研究极度匮乏的现状,文章重点介绍了这一特色技术以及应用实例。     

中国散裂中子源小角中子散射谱仪探测器研制

中子小角散射探测器是小角散射（SANS）谱仪的关键设备之一,探测器要求有足够大的探测面积、较高的探测效率及较好的空间分辨率,能够在真空腔中稳定地工作并可在腔体内前后移动。综合考虑,SANS探测器采用120只8 mm直径位置灵敏3He管,组成有效面积1 000 mm（X）×1 020 mm（Y）的二维探测器阵列。探测器阵列分为10个模块,每一个模块功能完全独立,包括12只3He管及其对应的读出电子学和数据获取系统。读出电子学位于探测器背面的回字形密闭腔体内,由CSNS电子学组自主研发。SANS探测器从设计、选型、样机、调试到安装历时三年,中子束流实验结果显示探测器探测效率大于50%（@2Å）,空间分辨率好于10 mm（FWHM）,完全达到设计要求,目前正在中国散裂中子源小角散射谱仪运行使用。     

中子标准测试束平台概念设计及模拟优化

为满足对中子散射谱仪关键部件的检测需求，提出一种基于反应堆中子源的中子标准测试束平台概念设计思路。该平台具有测试束流波长（0.1~0.3 nm）连续可调、n/可同步分析、样品台可多自由度移动以及便于后续拓展集成等优点。利用蒙特卡罗程序VITESS对平台整体结构，具体包括聚焦单色器、soller准直器等展开模拟优化分析。该装置利用可拆卸的准直器1实现高通量和较高分辨两种工作模式:工作于高通量模式时，样品台处中子（波长0.1 nm）束流强度最高可达6.15106 n/（cm2s），水平发散度1;工作于较高分辨模式时，分辨率可达0.2％。     

中子散射对快中子照相质量影响的分析

通过一内空的圆柱体模型，对在快中子照相时由样品引起的散射中子强度与样品形状和探测距离之间的关系进行模拟，并用^241Am—Be作中子源对散射中子的影响进行实验验证。结果表明，在快中子照相时，由样品引起的散射中子的强度与探测距离以及样品形状有关。对于同一样品，探测距离增加，散射中子的影响则降低。The relationships between intensities of scattered neutrons by specimens and their shapes and detecting distances have been simulated using a hollow cylinder model, and the results were validated by experiments of fast neutron imaging using ^241Am-Be neutron source. The results showed that the intensities of scattered neutrons are closely related to the detecting distances and sample＇ s shapes. The influences of scattered neutronns in fast neutron imaging will be reduced while detecting distances increased.     

富勒烯-PVP聚合物链团结构的中子小角散射实验

利用高分子聚合物PVP可将富勒烯(C60)溶解于水，其水溶液中富勒烯最大含量为1％，而聚合物PVP与TPP的混合物可使水溶液中可溶解的富勒烯高达6％，这对富勒烯的应用有重要价值。应用中子小角散射技术可以研究水溶液中PVP C60聚合物和PVP TPP C60聚合物里各聚合物分子与富勒烯分子形成的链状结构及其大小以及在不同富勒烯含量下的变化。