ההתפתחויות האחרונות ב-Snarotron מבוסס ספקטרוסקופיה הרחיבו באופן דרמטי את היכולת שלנו לחקור חומרים הנדסיים מורכבים עם דיוק אטומי ומפרט כימי.ההתקדמות הזו אינה מצטברת; הם מייצגים ניתוח פרדיגמטי באופן שבו החוקרים לאפיין את המבנה, הרכב, ותכונות אלקטרוניות של חומרים ב-Nanospectromentalation, אשר הפכו מתוחכמות יותר ויותר - מזרזים של זרזים ל-i-aducational ל-tomicialstomtoterialstomto-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-tomicial טכניקות אלה, אשר לא ניתן להגדיר כיום, אשר לא ניתן להגדיר את ההשפעות של חומריות של חומרים אלה, אשר לא ניתן להגדיר תופעות לוואי של חומרים של חומרים כימיים, אשר לא ניתן להגדיר מחדש של חומרים מתקדמים יותר ויותר, אשר הפכו ל-toxtoxtoxtomultigicial של חומרים אלה, אשר לא ניתן להגדיר את ההשפעות של חומרים של חומרים של חומרים של חומרים של חומרים של חומרים של חומרים של חומרים של חומרים של חומרים של חומרים של חומרים של חומרים של חומרים של חומרים הנמצאים, אשר נמצאים כעת, כולל בדיקות חיישנים

מה זה Synchrotron מבוסס Spectroscopy?

ספקטרוסקופיה מבוססת סינכרון ממנפיקה את המאפיינים יוצאי הדופן של קרינה סינכרון - בהירות גבוהה, טווח ספקטרלי רחב, ומבנה זמן הדופק - כדי לחקור חומרים ברמה האטומית והאלקטרונית. ASynchrotron מאיץ אלקטרונים כמעט את מהירות האור, ואז מכוון אותם באמצעות מגנטים או שילוב (מדורים ומלחיץ) המייצרים מצעים אינטנסיביים של X-X-co.

השיטות הנפוצות ביותר כוללות:

  • (ב) ⁇ (ה-XASBA) ⁇ 1: מודד את ספיגת צילומי רנטגן כתפקוד של אנרגיה ליד קצה הקליטה של אלמנט מסוים.האזור הקרוב (XANES) מגלה את מצב החמצן והגאומטריה המקומית, בעוד שהמבנה המצוין (EXS) מספק חיבורים ותיאום בין היתר: XANES) יכול להיות בעל ערך ל-DVDVDVDVDVS: FREOSTFRED2; ו-FREDVICODVS.
  • (FLT:0) צילומי פלואורנס (XRF) microscopyofFLT:1: מפות הפצה מרחבית של אלמנטים בתוך מדגם על ידי זיהוי צילומי רנטגן אופייניים הנפלטים לאחר ספיגה. המודרנית XRF מיקרוסקופים להשיג רזולוציה של sub-100 nm ויכולים לרכוש בו זמנית נתונים עבור אלמנטים מרובים, המאפשרים אטומים כימיים של ננומטרים.
  • (FLT:0) X-ray diffraction (XRD) אנדרט 1:1: מבנה גבישי Determines, שלב הרכב, ו- lattice על ידי מדידה של הזווית והרחבות של צילומי רנטגן מטבוליים.עם מקורות סינכרון, XRD ניתן לבצע בהעברה של גיאומטריה על דגימות זעירות, וזמני XDXDd עקבות מבניים במהלך תגובות כימיות או עיוות.
  • (FLT:0) photoemission spectroscopy (XPS/ARPES) 1LT: למרות הדורש אבק גבוה, XPS מבוסס סינכרונית מציעה אנרגיות פוטושופ טונה טוטליות רגישות פני השטח גבוהה יותר, המאפשרת עומק profiling ומיפוי מבנה הלהקה האלקטרוני.זה שימושי במיוחד להבנת כימיה פני השטח בחיישנים וזרזים.
  • (FLT:0) דיפרקציה (CDIBuildFLT) 1:1: השתמש בהסגרה של סינכרונכרן X-ray כדי לשחזר את מורפולוגיה ננומטרית ללא עדשות, להשיג החלטות מתחת 10 ננומטר עבור חלקיקים מבודדים.

מה שהופך את ספקטרום הסינכרון מבוסס ספקטרום (spectroscopy) חזק מאוד הוא היכולת לשלב את הטכניקות האלה (FLT:0)in situcioFLT:1 - לדוגמה, בו זמנית איסוף XAS ו- XRD בעוד סוללה היא רכיבה על אופניים, או מיפוי הפצה אלמנטלית עם XRF בעוד זרז נחשף גזים רב-ממדיים אלה לוכד את הדינמיקה בין מבנה אלקטרוני, לבין הסביבה הכימית, אשר מגדירה-חומרית.

קידום טכנולוגי חדש

בחמש השנים האחרונות, מתקני סינכרון ברחבי העולם עברו שדרוגים גדולים אשר משפרים ישירות את הניתוח של ננו-חומרים מורכבים.שיפורים אלה לאורך בהירות מקור, טכנולוגיית גלאי, מהירות רכישת נתונים וניתוח חישובי.

Brighter and More Coherent X-ray Beams

דגנים דור רביעי סינכרון, כגון משודרגת:0 (European Synchrotron קרינה Facility Facility (ESRF-EBS)cioFLT:1 ואת המתוכנן FLT:2 מתקדםed Photon Sourceplant (APS-U) חלקיקים זרזי זרז (APS-U) זרז זרז זרז תמונה 3, שימוש ב- achromatatti כדי לייצר X-ray יהיה עם בהירות חסרת תקדים (re) ונפחים) רק עם חלקיקים זעירים (Flasticupence) הוא רק 10) הוא רק עם נפחים).

מהיר יותר ויותר רגישים

ההתקדמות בגלאי פיקסל היברידיים (למשל, Eiger, Pilatus ו- Timepix משפחות) הגבירו באופן דרמטי את שיעורי ספירה וטווח דינמי תוך צמצום זמן מת. גלאיים אלה מאפשרים FLT:0time-resolveated XASFLT:1 עם רזולוציה של מילימטרית, המאפשרים את המחקר של תהליכים קינטיים מהירים כגון שלבים בחומרים שלב-שינוי או מיפוי מהיר יותר (Dpcin) עם גלאימיציקומטרהת חלקיקים מהירים יותר מאשר מיפוי מהיר יותר.

קופים ותאים סביבתיים

אולי ההתפתחות המשפיעה ביותר היא ההבשלה של FLT:0operando סביבות דגימה ⁇ FLT:1 . חוקרים יכולים כעת לבנות תאים אלקטרו-כימיים זעירים, כורים קטליטיים, ושלבים מכניים המתאימים בתוך נתיב X-ray תוך שמירה על תנאי הפעלה ריאליים (טמפרטורה, לחץ, הטיה חשמלית, זרם גז) בשילוב עם רכישת נתונים מהירים, הגדרות אלה מאפשרות מתאם ישיר בין ביצועים אופטיים וגלומטריים של סוללת הדגימה מהירה.

גישות מרובות ושחיתות

beamlines מודרני יותר ויותר להציע את היכולת לעבור בין XAS, XRD, XRF, ואפילו אינפרא אדום או Raman spectroscopy מבלי לעבור את הדגימה. גישה זו קורטילטיבית מספקת תמונה הוליסטית: אותו חלקיקים ניתן לאפיין עבור הרכב אלמנטרי (XRF), שלב קריסטלוגרפיה (XRD), ו- idation מצב (XAS) בניסוי יחיד.

Machine Learning for Data Analysis

(הנפח של נתונים שנוצרו על ידי הגלאים מתקדמים אלה הוא עצום - סריקה חד רטיצ'וגרפיה יכול לייצר terabytes של נתונים גולמיים.מכונות למידה שיטות, במיוחד FLT:0convolutional רשתות עצביות ו autoencoders מתקדמים וריאציות יכול לייצר טרה-מחדשה 1, משמשים כיום למשימות כגון בדיקת ספקטרום, סיווג תכונות XANES, ושיחזרו 3D למולגרמה מ-Fanos מ-D ל-D ל-D ל-D ל-D ל-D ל-D2 שיטות למידה מהירות.

יישומים בהנדסה ננו-חומרים

ספקטרוסקופיה Synchrotron הפכה חיונית בטווח רחב של ננו-חומרים הנדסיים, ממתמרים קטליטיים ואלקטרודות תאי דלק nanocomposites מבניות וציפוי-עצמית.החוט המשותף הוא הצורך להבין כיצד מבנה בקנה מידה אטומי ותצורה אלקטרונית קובע תכונות מקרוסקופיות בתנאים מציאותיים.

פסיכואנליזה ואלקטרוקטאליזה

Catalysts המבוססים על חלקיקים (למשל, Pt, Pd, Ni, או זרז יחיד על פחמן תומך) הם מעשי הכפייה של התעשייה הכימית.FLT:0In situ XASFLT:1 גילה כי המצב הפעיל של זרזים אלה הוא לעתים קרובות משטח מתפתל דינמי, לא המבנה סטטי של קרינת אורכי, לדוגמה, שינוי חמצן פעיל, כי יש לחץ דם פעיל יותר, במהלך קרינת XACMIXAFFETER.

(ב) (FLT:0) זרזי אטומים של אטומי מתכת בודדים מפוזרים על תמיכה, XANES הוא חזק במיוחד משום שהוא מבחין במדינות חמצון של אטומים מבודדים אפילו בטענות נמוכות מאוד.עבודה אחרונה ב-FLT:2 קנדים אור מקורFLT 3 השתמש ב- XAS כדי להוכיח כי זרז יחיד-אטומי עבור מזהמים (FLT2x) באמצעות תגובה יעילה (FLT 3)

חיישן וננוקומביטים

חיישנים מבוססי ננו-חומר (למשל, חיישנים גזים חד-חמצני, ביוסנסורים פילמוסיים) מסתמכים על כימיה על פני השטח שטכניקות הסינכרון של הירוטרון יכולות לבדוק ישירות. מיפוי XRF יכול לדמיין את ההפצה של קבוצות פונקציונליות או חלקיקים aggregation על פני משטח חיישן, בעוד XAS מגלה את מצב החמצן של שכבת החישה תחת חשיפה גזית שונה.

עבור (FLT:0) nanocompositessstructural nanocompositesFLT:1 (למשל, פולימרים התחזקו עם צינורות פחמן nanotubes או nanoclay), סנכרון X-ray מפוזר (SAXS /WAXS) ו לטעון לספק תובנות לתוך איכות פיזור, אוריינטציה, וחיבור בין-facial. מחקרים הראו כי עם בדיקה מכנית, אחד יכול לנפח את ההשפעות של ננופולציה במהלך עיבוד נתונים.

חומרי אחסון אנרגיה

אחסון אנרגיה הוא השדה אשר נהנה ביותר מ-Snarotron spectroscopy. Lithium-ion סוללות, סוללות מוצקות של מדינת נתרן מערכות, ו supercapacitors כולם כרוכים תהליכים מורכבים, לא-equilibrium הדורשים אפיון אופרות.החלק הבא עמוק לתוך מחקר ייצוגי.

תגית: Energy Storage Materials

(ה) כדי להמחיש את ההשפעה הטרנספורמציית של סינכרון ספקטרוסקופיה, לשקול את האופיזציה של חומרים קטוודה סוללות ליתיום-יון. ⁇ שכבתיים כגון NMC (LiNicioFLT:0xxuaFLT:1MnuaFLT:2iFLT:4) 3, אך הם עשויים ליישב מתחים כימיים רבים, אך הם אינם מסוגלים לתפוס מתחים בדרגה גבוהה במיוחד, אך ורק לאחר מספר כפול של חומרים כימיים.

Operando XAS/XRD ב-NMC Cathodes

ניסויים ב-Beamlines כמו FLT:0SLS ב- Paul Scherr Institutement: 1 משלבים את XAS ו- XRD כל כמה שניות במהלך מחזור מטען / דיסיטל (התוצאות היו מהדהדות: בעוד מצב החמצן ניקל (המכונה גם קיבולת של ניק) גדל באופן חלק במהלך הטעינה, קובלט ומניפסטים של האדם נותרו במקום מרכזי, במיוחד, כמו למשל, הציפוי ריכוז של תאים חשמליים.

מפלצות ואלקטרוליטים מוצקים

(החומר של סיליקון הוא חומר אגד מבטיח בשל יכולת גבוהה שלו, אבל הוא סובל משינויים עצומים בנפח שמוביל לשחיקה. X-ray tomography atSynchrotrons ויזואליזציה ב 3D כיצד חלקיקים סיליקון מתרחבים וסדקים במהלך ההנקה.בינתיים, XAS גילה כי האלקטרוליטציה המוצקה (SE) על סיליקון - שכבת מעבר קריטית המכילה חלבון:2F1, 000, 000, 000, 000)

סוללות מוצקות-מדינה, המבטיחות צפיפות אנרגיה גבוהה יותר ובטיחות, מסתמכות על אלקטרוליטים קרמיקה כגון גראנטים (למשל, LLZO) או סולפידים (למשל, LGPS) , Synchrotron XRD שימש כדי לעקוב אחר טוהר בשלב סימטרי במהלך הסינתזה, ולזה של שלבים קטנטנים אשר מפחיתים באופן דרסטי את ההתנהגות ה-אטומית:0O, למשל, מדגמי, למשל, מ- XF2, מדגמי מתכת, כלומר, כלומר, כלומר, מ-F2, מדגמיית 2, כלומר, כלומר, כלומר, מ- LT2, מדגמייתול, מדגמייתול, מדגמייתול, מדגמייתות:

Beyond Lithium: Sodium and Multivalent Systems

(הטכניקות של סינכרון הן חיוניות באותה מידה עבור כימאים של סוללות מתעוררות: Sodium-ion Cathodes (למשל, NaveFLT:0xcioFLT:1;2FLT:2FLT 3) עוברים מעברים מורכבים אשר מיפוי עם אופרות XRD, חושף רצף של שלבים ביניים המשפיעים על hysteresis עבור מגנזיום וסוללות אלקטרו-X2Fly C2D.

כיוונים עתידיים

המסלול של ספקטרוסקופיה מבוססת סינכרונכרון עבור ננו-חומרים מוגדר לכיוון נגישות גדולה יותר, מהירות ושילוב עם שיטות מדידה אחרות.

מקור: Portable Synchrotron

(הופנה מהדף פיתוח מקורות הסינכרון של מקור:0) הוא פיתוח של מקורות הסינכרון של מקור: (FLT:1) (לעיתים נקרא "מקורות אור טבלה" או "מקורות מתפזרים" (converse Comptonפיזור מקורות) אלה, בהתבסס על האצה לייזר או טבעות אחסון קומפקטיות, יכולים להביא יכולות של X-ray-of למעבדות אישיות.

Ultrafast and Time-Resolved Spectroscopy

לייזרים חופשיים (FELs) כבר מספקים דופקי רנטגן של העובר השני, אבל הדור הבא של סינכרונכרן טבעות אחסון הם גם משלבים FLT:0pump-probebes FLT:1 עבור מחקרים מהירים יותר.הבנת תהליכים כמו העברה מטען על ידי תאים סולאריים perovskite או השלבים הראשונים של nucleation in nanopnapicial של תאים חדשים של רזולוציה גבוהה.

Machine Learning and אוטונומית

השילוב של למידת מכונה אינו מוגבל לניתוח נתונים.FLT:0Autonomous ExperimentationFLT:1 - נקרא גם "מעבדות נהיגה עצמית" - משתמש בניתוח ספק מרכזי בזמן אמת כדי להנחות את השליטה beamline: האלגוריתם מחליט היכן לסרוק הבא, אשר טווח אנרגיה למדידה, או אם לשנות את מצב הדגימה האנושית ולהגדיל את המידע לדרגות גבוהות יותר (Nanoperty-Perfectial Analysis) עם שיטות עיבוד מורכבות.

שילוב רב-ממדי ו- In-Operando

[הקווים העתידיים יועדו מהבסיס לרכישת ריבוי טכנולוגיות בו-זמנית: XAS + XRD + Raman + אלקטרוכימיה + הדמיה תרמית בתא ניסיוני יחיד. נתונים מכל הערוצים יהיו מסונכרנים ומעובדים עם זמנים משותפים metadata, המאפשר ניתוח קורלטיבי ברזולוציה הגבוהה ביותר של הזמן המשולב עם התקדמות ב-FLT:0cryogenic אלקטרונים מיקרוסקופיים, אשר יהפכו לדרגה 1Frepherative של רזולוציה של אטומית של אטומית, אשר יהיה עם רזולוציה.

מסקנה

ספקטרוסקופיה מבוססת סינכרון התפתחה מטכניקה מיוחדת ל- prise, דגימות סטטיות לכלי רב תכליתי ודינמי שמשקטט ננו-חומרים מורכבים בתנאים תפעוליים ריאליסטיים.התפתחויות אחרונות בבהירות מקור, מהירות גלאי, תאים סביבתיים, ולמידה מכונה הרחיבו את עומק ולחם של מידע שניתן לחלץ.

העתיד מצביע על דמוקרטיזציה גדולה יותר של יכולות אלה באמצעות מקורות קומפקטיים וניסויים אוטונומיים, אשר הטמיע ניתוח ברמת הסינכרון ישירות לתוך מחזור הפיתוח חומרים.עבור חוקרים ומהנדסים העובדים על הדור הבא nanomaterials, אימוץ שיטות מבוססות סינכרונכרן אלה הוא כבר לא אופציונלי - זה הכרחי תחרותי.