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【欧宝】扩充套件X射线吸收精细结构


[拼音]:kuozhan X shexian xishou jingxi jiegou

[英文]:extended X-ray absorption fine structure

从吸收边以上30~50电子伏特一直扩充套件到1000电子伏特范围内的吸收系数振荡。英文缩写EXAFS。

简史

20世纪30年代已在实验中发现EXAFS的存在,但直到70年代初才有了正确的理论解释。E.A.斯特恩等人在这方面进行了开创性的工作,确认了EXAFS主要来自吸收原子周围近邻原子的贡献,并将它发展成为研究物质结构的方法。1974年以后,同步辐射强X射线源的出现,大大推动了这一方法的发展和使用。

原理

当X射线透过物质时,强度发生衰减,若入射X射线强度为I0,物质的线吸收系数为μ,厚度为d,则衰减后的强度I=I0e-μd。吸收系数 μ与入射 X射线的能量有关。在某些能量处,μ值会发生突变,这是由于原子内层电子被 X射线光子激发到外部连续空能级的光电吸收而引起的。吸收系数的这种突变叫做吸收边。在吸收边高能一侧,吸收系数并不是单调变化的,而是呈现某种随能量起伏的精细结构。吸收边附近的部分,称为近边结构。

由于原子光电吸收的光电子波向外传播时遇到周围其他原子的散射,这种出射波与散射波相干涉,在某些能量处相互增强,形成波峰,在某些能量处相互减弱,形成波谷,使光电吸收的机率发生变化,即引起吸收系数的振荡,这就产生了EXAFS。除单原子气体之外的物质,一般都可观测到EXAFS。

大部分EXAFS测量工作用同步辐射X射线进行,以取得好的信噪比和高的能量解析度,并可测量含量很低的原子的EXAFS谱。利用高功率转靶X射线源或附加弯晶聚焦装置,也可测得较好的EXAFS资料。但一般说来,同步辐射EXAFS的资料质量要好得多,测量时间也短得多。

应用

EXAFS的产生与吸收原子及其周围其他原子的散射有关,即都与结构有关。因而可通过测量EXAFS来研究吸收原子周围的近邻结构,得到原子间距、配位数、原子均方位移等参量。 EXAFS方法的特点主要是可以对不同种类原子分别进行测量,给出指定元素原子的近邻结构,也可区分近邻原子的种类。利用强X射线源还可研究含量很少的原子的近邻结构状况,而且无论对于有序物质或无序物质均可进行研究。这样,EXAFS就能用于解决一些其他方法难以或不能解决的物质结构问题,引起了物理、化学、生物、材料科学等学科从事物质结构研究工作的人们的重视。在生化体系、催化剂、非晶态物质、溶液体系、聚合物等结构研究方面起了很大的作用。用此方法测量原子间距的精度一般为0.01埃,配位数和原子均方位移的相对误差约为10%。

在EXAFS原理基础上发展起来一些相关技术,如探测俄歇电子的表面EXAFS方法,可用于研究表面原子结构;电子能量损失EXAFS谱,用于探测轻元素的原子近邻结构。

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