现代材料分析方法(4-EXAFS)课件.ppt

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1、扩展X射线吸收谱精细结构ExtendedX-rayAbsorptionFineStructure(EXAFS)Introduction扩展X射线吸收谱精细结构（ExtendedX-rayabsorptionfinestructure,EXAFS）是X射线吸收限高能侧30eV至约1000eV范围内吸收系数随入射X光子能量增加而起伏振荡的现象，近年来它被广泛应用于测定多原子气体和凝聚态物质吸收原子周围的局域结构，成为结构分析的一种新技术。原理一般教科书中给出的X射线吸收系数随波长变化的曲线除在K、L1、L11、L111等吸收限处吸收发生突变外，其余部分是平滑的；这平滑部分可用V

2、ictoreen公式来表述：μλ吸收系数与波长的关系K吸收边可是实际上更精确的测量表明，在吸收限高能侧附近，随样品的成分和状态不同会显示不同的振荡现象。对于单原子气体，只在极靠近吸收限处有振荡；对于多原子气体、液体和固体，振荡扩展到约1000eV左右。原理μλ30eV以内的振荡称为吸收谱近限结构（X-rayabsorptionnearstructure）30～1000eV的振荡称为扩展X射线吸收谱精细结构（ExtendedX-rayAbsorptionFineStructureEXAFS）。两者都是吸收原子周围的邻原子对出射光电子散射引起的，但理论细节不完全相同。原理出射光

3、电子波受到周围近邻原子的背散射：背散射光电子波峰将与出射光电子波发生干涉：相长干涉使吸收增加，相消干涉使吸收下降。这样就使吸收曲线出现振荡EXAFS的产生原理增加入射X光子的能量将使光电子波长变短，出射与散射光电子波之间的干涉结果也就不同；当散射原子的种类、数量及其与吸收原子的距离不同时，EXAFS细节也将出现差异，因此它包含着吸收原子周围近邻原子短程结构信息。原理EXAFS函数通常EXAFS用一参量表示，它表示X射线吸收系数μ的归一化的振荡部分。式中：k是出射光电子的波矢的模，，λe为光电子波长；为的平滑变化部分，在物理上相当于孤立原子的吸收系数；为扣除背底以后的K吸收限

4、高能侧吸收系数。根据EXAFS的产生机理，可以预计将与下列因素有关：1、与吸收原子周围的第j近邻原子壳层中的同种原子数Nj、距离Rj及原子散射因数fj(2k)有关。这一部分可表示为：EXAFS函数EXAFS函数2、与散射光电子的位相改变有关。位相改变包含两部分：光程差引起的位相差及出射和散射引起的相移。这一部分可表示为：EXAFS函数3、与第j壳层原子的漫散分布程度有关。它包含热振动和原子无序分布的影响。设σj为对Rj的均方根偏离，这个影响可表示为Debye-Waller温度因数型的项EXAFS函数4、与出射光电子保持原状态的传播距离有关。这个因数为：吸收原子周围的第j近邻

5、原子壳层中的同种原子数。原子散射因数吸收原子的距离RjDebye-Waller因子出射光电子平均自由程光程差引起的位相差及出射和散射引起的相移EXAFS的数据采集与处理（1）求-E曲线（2）扣除背景（3）拟合（4）E→k转换（5）求（6）获得结构参数其它原子的吸收，通过Victoreen公式拟合。EXAFS的数据采集与处理（1）求-E曲线（2）扣除背景（3）拟合（4）E→k转换（5）求（6）获得结构参数是自由原子的吸收，一般取中线。EXAFS的数据采集与处理（1）求-E曲线（2）扣除背景（3）拟合（4）E→k转换（5）求（6）获得结构参数EXAFS的数据采集与处理（1）求-

6、E曲线（2）扣除背景（3）拟合（4）E→k转换（5）求（6）获得结构参数理论计算拟合法：先拟定被研究物质的结构模型，给出结构参数，然后根据理论公式计算相应的EXAFS谱。将理论计算与实验测定的EXAFS谱进行比较，获得结构参数。标样法：用结构已知并与待定结构相近的一种物质作为标样，通过测定试样和标样的EXAFS谱来确定未知结构。应用举例（在玻璃中的应用）20GaF3-15InF3-20CdF2-15ZnF2-20PbF2-10SnF2晶化前后样品及三方相GaF3的Ga-K吸收边的XAFS应用举例（在玻璃中的应用）应用举例（在玻璃中的应用）晶化前后样品及三方相GaF3的k3以

7、及径向分布函数晶化前后玻璃样品中Ga的配位情况没有发生明显变化应用举例（在玻璃中的应用）晶化前后样品及三方相ZnF2的Zn-K吸收边的XAFS应用举例（在玻璃中的应用）晶化前后样品及四方相ZnF2的k3以及径向分布函数晶化前后玻璃样品中Zn的配位情况发生明显变化，结构的无序度增大EXAFS谱方法的特点局域性：由于XAFS对应着原子的近邻结构，它不要求被研究的物质具有晶格周期性，因而它除了用于研究晶态物质的原子近邻结构外，对非长程有序的物质，例如：非晶、气态、溶态及熔态物质的原子近邻结构研究同样有效，较之常规X射线衍