EXAFS基本原理和其在玻璃結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用

1、EXAFS基本原理和其在玻璃結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用目錄EXAFS 基本原理數(shù)據(jù)分析玻璃結(jié)構(gòu)分析的一個實例實驗儀器及制樣Mo吸收邊示意圖C, D常數(shù)X射線的吸收吸收邊Victoreen 公式吸收邊吸收邊產(chǎn)生原因：當(dāng)入射X光子的能量等于被照射樣品某內(nèi)層電子的電離能時，會被大量吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)XAFS (X-ray absorption fine structure) 的定義 XAFS包括EXAFS和XANES兩種技術(shù)EXAFS (Extended x-ray absorption fine structure) 是元素的X射線吸收系數(shù)在吸收邊高能側(cè) 301000 eV 范圍出現(xiàn)的振蕩。XANES (X-ra

2、y absorption near edge structure) 是元素吸收邊位置50 eV范圍內(nèi)的精細(xì)結(jié)構(gòu)。精細(xì)結(jié)構(gòu)：吸收邊附近及其廣延段存在一些分立的峰或波狀起伏，稱精細(xì)結(jié)構(gòu)。產(chǎn)生的物理機制出射光電子波與背散射光電子波在吸收原子處的干涉對吸收譜的調(diào)制。干涉是由出射波與散射波的相位差引起的，與入射波的強弱、近鄰原子的種類及數(shù)目N、以及吸收原子到近鄰原子的距離R有關(guān)。所以，通過XAFS可得到近鄰原子的信息。EXAFS： 一次散射（簡單）XANFS： 多次散射（較復(fù)雜）區(qū)別EXAFS優(yōu)點不依賴晶體結(jié)構(gòu)，因此可用于大量的非晶態(tài)材料的研究不受其他元素的干擾，對不同的元素的原子，可由吸收邊位置不同，

3、而得以分別研究可測配位原子的種類、個數(shù)、間距等濃度很低的樣品，百萬分之幾的元素也能分析樣品制備比較簡單，數(shù)據(jù)收集時間短EXAFS的理論表達式相移總相移EXAFS的數(shù)據(jù)處理(1) 求-E 曲線(2) 背景扣除(3) 0擬合 (4) Ek轉(zhuǎn)換(5) 求(k)(6)獲得結(jié)構(gòu)參數(shù) 理論計算擬合法:先擬定被研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)模型，給出結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后根據(jù)的理論公式計算相應(yīng)的EXAFS譜。將理論計算與實驗測定的EXAFS譜進行比較，獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)樣法：用結(jié)構(gòu)已知并與待定結(jié)構(gòu)相近的一種物質(zhì)作為標(biāo)樣，通過測定試樣和標(biāo)樣的EXAFS譜來確定未知結(jié)構(gòu) 傅立葉變換濾波曲線擬合法 ：介于前兩種方法第一種參數(shù)太多，工作量大，

4、不可??！常用后兩種，但第二種受到標(biāo)樣的限制背景的扣除其他原子的吸收，通過Victoreen公式擬合邊前的吸收曲線，然后延長到吸收邊以后作為本底從總吸收扣除0的擬合與扣除0是自由原子的吸收，一般取曲線的中值，可通過條樣函數(shù)法擬合歸一化、E-K轉(zhuǎn)換k/-1(k)權(quán)重k/-1(k)knZ57 n=136Z57 n=2Z36 n=3此步可以直接擬合，但它是吸收原子外各個配位層的貢獻的總和，因而擬合參數(shù)很多，計算工作量大，比較復(fù)雜傅里葉變換Distance/ 此步可進行標(biāo)樣法傅里葉反變換k/-1(k)k3將F（R）圖的一個峰進行傅里葉反變換，回到K空間，得曲線擬合濾波k/-1(k)k3玻璃中的應(yīng)用20G

5、aF3-15InF3-20CdF2-15ZnF2-20PbF2-10SnF2 圖4-3 晶化后樣品的XRD圖譜晶化前后樣品以及三方相GaF3的Ga-K吸收邊的XAFS圖譜 樣品中Ga的EXAFS分析 晶化前后樣品以及三方相GaF3的k3函數(shù)圖譜 晶化前后樣品以及三方相GaF3的徑向分布函數(shù)圖譜 晶化前后玻璃樣品中Ga的配位情況沒有發(fā)生明顯變化 ！樣品中Zn的EXAFS分析 晶化前后樣品以及四方相ZnF2的Zn-K吸收邊的XAFS圖譜 晶化前后樣品以及四方相ZnF2的k3函數(shù)圖譜 晶化前后樣品以及四方相ZnF2的徑向分布函數(shù)圖譜 四方相ZnF2中Zn的第一配位殼層在R空間的擬合 玻璃樣品中Zn的

6、第一配位殼層在R空間的擬合晶化后樣品中Zn的第一配位殼層在R空間的擬合 ZnF2晶體的第一配位殼層與理論曲線符合的很好；而晶化前后玻璃樣品第一配位殼層的峰值則比理論值更偏向的低R方向，表明配位原子的分布不再符合Gaussian型，結(jié)構(gòu)的無序度更大 傅立葉濾波處理后對四方相ZnF2中Zn的第一配位殼層在k空間的擬合 傅立葉濾波處理后對晶化樣品中Zn的第一配位殼層在k空間的擬合 傅立葉濾波處理后對玻璃樣品中Zn的第一配位殼層在k空間的擬合 S02為振幅衰減因子，R1和R2為配位半徑（分別對應(yīng)于第一配位殼層中的F-1和F-2），為無序因子（是熱無序和結(jié)構(gòu)無序共同作用的結(jié)果）。 EXAFS的測量方法和實驗設(shè)備EXAFS中有用的信息只相對于吸收邊高度的百分之幾，因而要求有盡量強而穩(wěn)定的X射線源，以得到比較高的信噪比，對能量分辨率也有相當(dāng)高的要求幾種EXAFS的測量方法直接法：透射方法間接方法：X