Нанокомпозиты на основе оксидов 3d-металлов. Исследования морфологии и структуры методами электронной микроскопии и рентгеновской спектроскопии - страница 12

Итак, синхротронное излучение обладает малым поперечным сечением и высокой параллельностью рентгеновских пучков, сильной поляризацией, имеет импульсную природу и непрерывный спектр. В совокупности все эти свойства дают явные преимущества при проведении физических экспериментов, как во времени, так и в качестве получаемой информации, по сравнению с лабораторными и делают методы с применением СИ эффективнейшим инструментом исследования нанокомпозитных материалов.

Рентгеновская спектроскопия поглощения (англоязычный термин XAS – X-ray absorption spectroscopy) основан на изучении тонкой структуры спектров рентгеновского поглощения (XAFS – X-ray absorption ёne structure) и является одним из методов структурного анализа. Обязан своим бурным развитием в последние десятилетия XX в. появлению источников синхротронного излучения, ведь именно применение СИ позволило получить, для измерений энергетической зависимости коэффициента поглощения, высокоинтенсивное рентгеновское излучение с любой необходимой длиной волны. С применением СИ значительно упростилось измерение спектров любых элементов и концентраций. Применение СИ в рентгеновской спектроскопии поглощения позволило сократить время измерений без потери точности. Выгодной особенностью СИ является также сравнительно малое поперечное сечение и высокая параллельность рентгеновских пучков, а также возможность дополнительно коллимировать и фокусировать их с помощью рентгеновской оптики. Кроме того, для разработки новых методов экспериментальных исследований в настоящее время успешно используют импульсную природу, поляризацию и когерентность СИ [89]. Возможность регистрации экспериментальных спектров XAFS с разрешением по времени дает возможность исследования структурных изменений при различных реакциях, в частности динамики изменений фазового состава при химических реакциях. Проведение in situ- измерений XAFS спектров также позвляет изучать влияние внешних воздействий (давление, температура, наличие атмосферы определенного газа и т.д.) на локальную и электронную структуры исследуемых материалов. Исследовать структурные и химические процессы.

Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом может приводить к целому ряду процессов (рис. 4). Так в результате поглощения рентгеновского излучения веществом электроны внутренних оболочек атомов могут переходить как на дискретные уровни системы, так и в область непрерывного спектра. Переход электрона на свободные дискретные уровни приводит к резкому возрастанию поглощения рентгеновского излучения. В спектрах начинают наблюдаться дискретные линии, которые и получили название ближней тонкой структурой спектра рентгеновского поглощения. Энергетическое положение таких дискретных линий поглощения является характеристической величиной для каждого химического элемента, что позволяет однозначно определять химический элемент по положению порога возбуждения. Метод рентгеновской спектроскопии поглощения дает возможность исследования всех химических элементов, начиная с лития, а также веществ в любом агрегатном состоянии.

Рис. 4. Основные процессы, протекающие в веществе при поглощении рентгеновского излучения

На рис. 5 представлена принципиальная схема экспериментальной установки для получения рентгеновских спектров поглощения с использованием синхротронного излучения. Существует несколько методов регистрации рентгеновских спектров поглощения: на прохождение и по выходу флуоресценции, вторичных, фото- или Оже- электронов.