在常規(guī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)三維X射線衍射技術(shù)
美國密歇根大學(xué)研究團(tuán)隊在最新一期《自然·通訊》雜志發(fā)表論文稱,他們成功研制出實(shí)驗(yàn)室級3DXRD系統(tǒng),首次在常規(guī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)三維X射線衍射技術(shù)(3DXRD),并成功解析了金屬、陶瓷等材料的微觀結(jié)構(gòu)。這項突破使原本依賴粒子加速器的尖端技術(shù)“飛入尋常實(shí)驗(yàn)室”,為材料科學(xué)研究開辟了新途徑。 I'0@viF"Nx 3DXRD技術(shù)是通過多角度X射線照射,構(gòu)建出物體的三維圖像。其獨(dú)特之處在于,將毫米級材料樣品“沐浴”在超強(qiáng)X射線束中旋轉(zhuǎn),光束強(qiáng)度達(dá)到醫(yī)用X射線的百萬倍量級。如此高強(qiáng)度的照射,能清晰呈現(xiàn)多晶材料(構(gòu)成金屬、陶瓷等物質(zhì)的微觀晶體)的精細(xì)結(jié)構(gòu),揭示材料承受機(jī)械應(yīng)力時的奧秘。比如,通過觀察承重鋼梁樣本的晶體變化,就能了解建筑物結(jié)構(gòu)老化的微觀機(jī)制。 'u1?tQ=gmk 然而,過去這項技術(shù)只能依托同步加速器來實(shí)現(xiàn)。這種粒子加速器能讓電子釋放高強(qiáng)度X射線。但目前全球僅有70余臺同步加速器,可謂“一機(jī)難求”。科研團(tuán)隊不僅需要競爭立項,還要經(jīng)歷半年到兩年的排隊等待,且最終實(shí)驗(yàn)時間往往不超過6天。 x
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[attachment=132396] 82DmG@"s2 3DXRD技術(shù)原理示意圖 u5%7}<nNi 為讓3DXRD技術(shù)惠及更多研究者,團(tuán)隊開發(fā)出實(shí)驗(yàn)室級的3DXRD系統(tǒng)。傳統(tǒng)設(shè)備受限于固態(tài)金屬陽極的熔點(diǎn),而新技術(shù)采用液態(tài)金屬噴射陽極,既避免了熔化風(fēng)險,又大幅提升了X射線輸出強(qiáng)度。 RSfzRnhmr 為驗(yàn)證系統(tǒng)可靠性,團(tuán)隊讓新型實(shí)驗(yàn)室級3DXRD、同步加速器3DXRD和實(shí)驗(yàn)室衍射斷層掃描技術(shù)“同臺競技”,同時檢測鈦合金樣品。結(jié)果顯示,實(shí)驗(yàn)室級3DXRD準(zhǔn)確識別了96%的晶體結(jié)構(gòu),尤其對60微米以上的大晶體解析效果卓越。
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