חידושים ב שעון-זמן-הורד למעקב תהליכים דינמיים בחומרים

מבוא

זמן-resolved X-ray diffraction (XRD) התפתח משיטה אנליטית נישה לאבן של חומרים מודרניים מדע, המציע תובנה ישירה של הדינמיקה בקנה מידה אטומי השולט בהתנהגות של מוצקים, נוזלים, ועניין רך. על ידי לכידת תבניות דיפרקציה כתפקוד של זמן, החוקרים יכולים לצפות בשינויים, תגובות כימיות, ותגובה מכנית כפי שהם מתרחשים, במקום לחקור את ההתאמות האחרונות, כדי לשנות את ההשפעות של ניתוח דרמטיות, ואפקטים של שיטות חישוביות, ואפקטים, שינויים דרמטיות, ואפקטים, שינויים דרמטיים, ואפקטים, שינויים דרמטיים, ושינויים מתקדמים יותר, שינויים דרמטיים של זמן, כדי לשנות את ההשפעות של זמן, שינויים דרמטיים, שינויים מתקדמים יותר, שינויים, שינויים, שינויים, שינויים דרמטיים, שינויים דרמטיים, ושינויים מתקדמים יותר, שינויים, וטכנולוגיות דרמטיים, כדי לחקור.

קידום טכנולוגיית Detector

צילום: Hybrid Photon-Counting Detectors

הופעתה של גלאי צילום היברידית (HPC) הייתה התפתחות מרכזית עבור XRD XRD מפוכחת זמן-resolved. בניגוד לגלולים קונבנציונאליים-integrating, HPC מכשירים מפלים פוטונים בודדים של X-ray, ביעילות חיסול רעש קריאה ומאפשר זיהוי של אותות דיפרקציה חלשים מאוד. HPC גלאי, כגון סדרת EIGER2 מ-DR, ו-Freshred, אשר פותחודות מהירות גבוהה, כמו גלאי של גלאי של גלאי של גלאי אבטחה, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, כמו אפקט DRAD.

חיישן מתכת-Oxide Semiconductor (CMOS)

מינרלים מתכתיים-חמצני (CMOS) מציעים איזון של מהירות, עלות וגמישות. CMOS מתקדם עם שלבים דו-גאין ואלקטרוניקה מהירה קריאוטו יכול להשיג שיעורי מסגרת בטווח הקילורץ עם מינימלי lag.טכניקת X-ray Dtector (DHz) שפותחה גם על ידי אור שוויצרי, למשל, מספק 10 ⁇ pixel עם זמינות מקסימלית של CMKerx-Ridex-Ride גם הוא פתרון סטנדרטי של מערכות CM-R.

גילוי ישיר להחלטת ננו השניות

עבור תהליכים מהירים על ננו השניות ו- pico השניות, גלאי אזור ישירות של אזור תזמון מצויד אלקטרוניקה מהירה הם חיוניים.מכשירים אלה בנויים בדרך כלל סביב CMOS או ארכיטקטורות ASIC מותאם אישית שניתן להפעיל באופן סינכרוני עם מקור קרינת רנטגן הדופק.

פיתוח: Advanced Beamline Design

המונחים:Probeמתודולוגיות

טכניקת משאבה-פרובה הפכה לגישה סטנדרטית להשגת פתרון זמן תת-מיקרו-שני בזמן-resolved XRD. דופק לייזר קצר (pump) יוזם תהליך בדגימה, ולאחר מכן לאחר עיכוב מבוקר על ידי הדופק של בדיקת רנטגן אשר מתעד את דפוס הדופק החריף של X-II.על ידי שינוי באופן שיטתי בין משאבה ובדיקה, סרט שלם של האבולוציה המבנית נבנה.

מערכות קופות ו-Chopper

בסינכרון מבוסס אחסון, מבנה הזמן הטבעי של X-ray beam - בדרך כלל סדרה של קבוצות נפרדות על ידי ננו השניות למיקרו-שניות - ניתן לנצל עבור ניסויים מסולקים זמן. קוצרים מכניים מהירים, כגון מערכת חיתוך רוטט במיקרו-שני חומרים של מקור האור השוויצרי, מבודדים או קבוצות קטנות של קבוצות של קבוצות קטנות של קבוצות כדי לספק דלקת לייזרים יעילה במיוחד כדי לספק מיקרו-שנית של זמן פנויה, כגון מיקרו-שנית של מחזור X-שנית של זמן כדי לספק מיקרו-שנית יעילה כדי לספק מיקרו-מחזור של זמן פנויהטווח ללא טווח X-שנית של זמן פנויה של זמן כדי לספק מיקרו- 250,000.

מקורות X-Ray לניסויי אולטרה-ארוחת

לייזרי X-ray חינם-electron (XFELs) מהפכה זמן-resolved XRD על ידי מתן הדבקה שנייה, נשימות רנטגן גבוה, מקור האור לינאץ (LCLS) בארה"ב ו- XFEL האירופי בגרמניה מייצרת אורכו של עשרות פעימות רגל עד שנייה, עם אנרגיות ממושכות של מעברים חשמליים כגון אלה, אשר סיליקון-FEL, אשר לוכדים את מקורות חדשים של זמן קצרי ראייה, אשר התגלו תחת סיליקון, אשר ניתן ל-מרחביים של זמן קצר לאחר מעבר של סיליקון, כגון סיליקון, כגון סיליקון, 000-מרחבי ראייה של מחזורי של זמן קצר של סיליקון, 000-מרחבי ראייה, אשר ניתן ל-מרחבי ראייה, עם מקורות חדשים, 000 של מחזורי ראייה, 000 של סיליקון, 000 של זמן-טווח זמן-מרחבי ראייה, 000 של סיליקון, 000 של סיליקון, 000 של סיליקון, באופן שגרתית של סיליקון, באופן שגרתית של מחזורי של סיליקון, 000 של סיליקון, באופן שגרתית של סיליקון, 000 של סיליקון, 000 של סיליקון, 000 של סיליקון, 000 של סיליקון, 000 של סיליקון, 000 של סיליקון, 000-

עיבוד נתונים חדשני ו Machine Learning Algorithms

גילוי פסגות אוטומטי ו Tracking

כמויות עצומות של תבניות דיפרקציה שנוצרו בניסויים מפוכחים בזמן - לעתים קרובות אלפי למליוני מסגרות IV לשעה - דורש ניתוח אוטומטי יעיל של מציאת שגרה מסורתית על ידי גלאי מבוסס מכונה אשר יכול לזהות חלש או חפיפה של ברקד עם אמינות גבוהה. מהפכת רשתות עצביות (CNN) מאומן על תבניות דיפרות וניסויים יכולים כעת לאתר משובים אמיתיים כמו דגמי DMAX1, כמו דגמי דיוקים של DMAX1.

הכחשת סופר-פתרון

נתונים של פיזור זמן סובלים לעתים קרובות מספירות פוטון נמוכות, במיוחד כאשר לומדים פיזור מידע חלש או שלבים דילוליים. ליצור רשתות יריבות (גנים) ו autoencoders וריאציות (VAEs) הותאמו כדי denoise של תדרי נתונים חד-פעמיים של גלאיות חד-פעמיות, תוך שמירה על תכונות חדות תוך דיכוי רעש פוזיסון.

שלב ההזדהות והמחלקה

[הנוכחים בהופעתם וההיעלמות של שלבים טרנספורמטיביים במהלך תהליך דינמי נותר אתגר גדול. אלגוריתמים שאינם מבוססים על אלגוריתמים, כגון דגמי תערובת גאוסיים ו- hierarchical, יכולים להיות דפוסים של חלקיקים המבוססים על הדמיון שלהם, לחשוף מצבים מבניים נפרדים ללא ידע קודם לכן, טכניקות מתקדמות יותר להשתמש ברשתות עצביות חוזרות (RNNN) או זיכרון לטווח קצר (LS) לשיטות הפעלה של LTFD2.

יישומים במדעי החומר והנדסה

Metallurgy and Alloy Development

XRD של הזמן הפך כלי חיוני להבנת שינויים בשלבים במכות וסגסוגת. במהלך קירור מהיר - כפי שקורה בייצור תוספת - שלב יציב ומטאסול יכול להיווצר בתחרות.שימוש גלאיים מהירים, החוקרים עקבו אחר הטרנספורמציה המרטינית של זמן מהיר פלדה מ austenite כדי לטבול בזמן אמת, וחושף את התפקיד של דיפוזיה דיפוזה ורטיצ'י, באופן דומה, על פני כדוריות לייזר מסגסוגת גבוהה, אשר מאפשר מעקב של חומר ניקודמת לייזר עם לחץ דם גבוה, אשר מופעלת של חומר רגיש, אשר מופעלת של חומר רגישה של ציפוי לייזר.

חומרי סוללה ואחסון אנרגיה

בתחום אחסון האנרגיה, XRD XRD זמן-מה מאיר את האבולוציה המבנית של חומרים אלקטרודה במהלך המטען וההפצה. חידושים אחרונים אפשרו ניטור של ליתיום דיפוזיה בקטדות כגון NMC (ניקל-מנדנס-קובלט חמצני) ו- LFP (lithium Iron puion) עם פתרון זמן תת-שני.

תזמון ודינמיקה כימית

שיתוק heterogeneous תלוי במבנים משטח transient שמסדירים מסלולים תגובה.Time-resolved XRD בשילוב עם תנאי לחץ הסביבה מאפשר תצפית של זרז פעיל תחת סביבות הפעלה מציאותיות.לדוגמה, מחקרים על זרזים מבוססי שיתוק במהלך חמצון נחושת מוגברת של סינקליום (PdO) והפחתה מאוחרת יותר כמו התובנות ה-Damrenacroable של Xrendicendsation) ב-Snapresolation של שינויים מ-Dams.

חומר אלקטרוניקה ו Soft Matter

זמן-resolved XRD מוחל יותר ויותר על מוליכים למחצה אורגניים גבישים נוזליים, שבו הזמנה מולקולרית על ביצועי nanoscale למשולת.בתערובת פוטו-וולטאית אורגנית, הקריסטליזציה של שלב התורם וקבלת השלבים במהלך ספין-קוינג היא כעת פתרון על 10-ms באמצעות מקורות מבוססי מעבדה עם גלאיים מהירים.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

לקראת החלטה זמנית

לייזרים של X-ray חינם אלקטרונים כבר ניגשים לגודל הזמן של העובר השני, אבל הגבול האולטימטיבי שוכן בתחום ה- Attother השני - סולם הזמן הטבעי של תנועת אלקטרון.הטכניקה המתעוררת של XRD בזמן-הזמן-השני, אשר מופעלת על ידי הדור ההרמוני הגבוה (HG) מקורות X-ray אופטיים מתקדמים, יכולים ישירות לצפות בתפוצה אלקטרונית במהלך היווצרות של מערכות יחסים אלקטרוניות וניסויים אלה.

אינטגרציה רב-ממדית

מכשיר עתידי ישלב יותר ויותר את XRD עם טכניקות משלימות כגון X-ray ספיגת ספקטרוסקופיה (XAS), פיזור רנטגן קטן (SAXS), ו-Raman spectroscopy. הגדרות רב-ממדיות כאלה מאפשרות מעקב סימולטני של סדר לטווח ארוך (XRD), סביבה אטומית מקומית (XAS), ורטטים מולקולריים (Raman) ב-Ssynsyn European Radiationchological Structure, אשר יאפשרו כמשמעות של תהליכי בנייה חדשים של X-S, עם מבנה X-S-S-XS, ו-XS-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-D, אשר יאפשרו כמשמעו, עם צמיחה של X-S-D, עם צמיחה של X-S-S-S-S-S-S-D, עם טווח X-S-S-S-D, עם צמיחה של X-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-XS-S-S-S-S-S-XRP, עם מסגרת זמן-XRP, אשר יאפשרו כמשמעו, אשר יאפשרוינטאורד-X

מערכות זמן מבוססות מעבדה - XRD

בעוד סינכרון ו- XFELs הניעו את השדה, ההתפתחויות האחרונות במקורות קומפקטיים רנטגן - כגון פיזור Compton ו לייזרים מבוססי רנטגן מבוססי פלזמה - הופכות את ננו השניות-resolve XRD נגיש במעבדות בודדות. X-Sight LXRTM, לדוגמה, מייצרות דופק X-V X-ray עם 1 ns ב- 1-i-i-S-Square-re-re-re-re-re-re-re-re-Resoling זמן-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-Sight LXv-

בקרה על ניסויי בינה מלאכותית

השילוב של בינה מלאכותית (AI) לפעולה beamline מוגדר כדי לשנות את האופן שבו ניסויים עתירי זמן פתורים נערכים. סוכנים AI לפקח על זרם הניתוק הנכנס יכול להתאים את עיכוב המשאבה, טמפרטורת הדגימה, או מתח יישומי בזמן אמת כדי לייעל את לכידת אירוע נדיר או כדי להתמקד על שלב transientation מתקדם, מסגרת "Experiment" משתמשת כדי לאפשר שינויים מורכבים כגון חיזוקים מתקדמים יותר, בתנאי למידה, בתנאי זמן, כגון, בתנאי לחץ דם, או כדי להפחית את השינויים הנדרשים יותר ויותר, בהתאם לתפקוד אוטומטי על גבי שלב קבוע, בהתאם לתפקוד סטנדרטיים מתקדמים.

החדשנות המתמשכת בגלאים, מקורות ושיטות ניתוח מבטיח כי זמן-resolve XRD יישאר בגבולות של חומרים אפיון.כפי שרזולוציה זמנית משתפרת ואינטגרציה עם בדיקות אחרות הופכת לשגרה, הטכניקה תספק תובנה עמוקה יותר של השלבים הבסיסיים המגדירים התנהגות חומרית - מלידה של שלב חדש בניסוי על-ידי מהנדס על-ידי מטה-ידי מטה-המחזור ביניים השולט בקטליטי זה מקרוב יותר ויותר: