含能材料的新型X射线和光学诊断学研究进展
发布时间：2021-11-10 17:37
含能材料在制备、加工或外刺激（如冲击压缩）过程中的热力学、物理和化学过程包含多个时空尺度,发掘其中的新现象、获取新数据以及了解内在机制都亟需时空分辨诊断技术。在本文中,我们简要回顾了一些新兴或已存在但较少应用于含能材料的新型诊断技术,包括二维（2D）和三维（3D）X射线成像、X射线衍射、相干X射线衍射成像、X射线小角度散射、太赫兹和光学吸收/发射光谱以及一维（1D）和二维激光速率/位移干涉技术。这些技术涉及的典型空间尺度主要是晶格尺度（纳米和微米）,典型时间尺度包括飞秒、纳秒、微秒和毫秒;针对的科学问题和工程难题包括缺陷、强度、变形、热点、相变、反应和冲击感度。本文介绍了探测和数据分析的基本原理并辅以示例说明。同时,先进测量和实验复杂性方面还急需发展相应的数据分析和解析方法学以及多尺度模拟。
【文章来源】：Engineering. 2020,6(09)EISCI
【文章页数】：30 页
【部分图文】：
射线的原位多尺度测量
）和平面波相干X射线衍射成像（PCDI），是一系列具有亚纳米和纳米级空间分辨率的新型X射线显微镜[118,119]。BCDI通过轻微旋转晶粒用以研究单晶晶粒的三维布拉格节点分布[图6（a）]，并解析其三维结构、三维应变以及包括孪晶和位错在内的内部缺陷[119122]。对在一个布拉格节点附近的散射矢量q来说，其散射强度I(q)可以写成（5）式中，ρL(r)是晶格的电子密度；s(r)是晶体的形状函数；而u(r)代表原子与理想晶格位点相比的位移常PCDI旨在通过图4.基于单脉冲同步辐射和X射线自由电子激光源的冲击压缩下RDX单晶X射线衍射模拟。（a）α-RDX的晶体结构[107]。（b）γ-RDX的晶体结构[102]。α-RDX和γ-RDX分别在同步辐射“粉光”源（c）和（d）以及X射线自由电子激光源（e）和（f）下的二维X射线衍射谱。其中，2θ表示衍射角，χ表示衍射矢量投影到衍射屏上的方位角。（g）典型的波荡器X射线光谱，其中，λ表示X射线波长。X射线自由电子激光中心能量为22.68keV，带宽（BW）为0.1%。
1126Authornameetal./Engineering2(2016)xxx–xxx探测相干散射的X射线从而重构出一个独立的晶体或非晶颗粒[123125][图6（b）]。不同于BCDI，PCDI的散射强度I(q)仅由粒子的电子密度分布函数ρ(r)决定，表达式为（6）尽管迄今为止CDI很少应用于含能材料，但它独具潜力。BCDI探测的单颗粒可以是多晶块体中取出来的，也可以是嵌在聚合物基体中的（如PBX）。对一个单独的颗粒来说，CDI能获得其三维结构、三维应变和内部缺陷等信息。此外，针对无机/金属纳米颗粒建立起的方法学和实验装置[126,127]可以直接应用于含能材料颗粒。对于多晶块体或聚合物基体中的单个晶粒来说，上述信息也可用于推断颗粒-颗粒和颗粒-黏合剂之间的相互作用。如文献[119,128]中所述，外加载荷下颗粒的响应和缺陷的动力学过程也可以通过原位BCDI来测量。图5.基于25keV单色X射线的冲击压缩下多晶RDX的X射线衍射模拟。（a）加载和衍射几何，ψ表示冲击方向与特定衍射晶面的法线（n→）之间的夹角。（b）垂直于入射X射线的二维探测器上ψ的分布。未压缩（c）和5%压缩下（d）多晶α-RDX的X射线衍射。图6.（a）CDI原理示意图。ki和kf分别表示入射和出射的X射线波矢。q代表衍射波矢。（b）具有单个孪晶的Cu样品的模拟倒易空间。qx、qy和qz是倒易空间的三个基矢。（c）从（b）中数据重构的结果。（d）金黄色葡萄球菌的代表性衍射图和重建图像。（d）经SpringerNature2016许可，转载自文献[130]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Construction and Properties of Structure-and Size-controlled Micro/Nano-energetic Materials[J]. HUANG Bing,CAO Minhua,NIE Fude,HUANG Hui,HU Changwen. Defence Technology. 2013(02)
本文编号：3487658
【文章来源】：Engineering. 2020,6(09)EISCI
【文章页数】：30 页
【部分图文】：
射线的原位多尺度测量
）和平面波相干X射线衍射成像（PCDI），是一系列具有亚纳米和纳米级空间分辨率的新型X射线显微镜[118,119]。BCDI通过轻微旋转晶粒用以研究单晶晶粒的三维布拉格节点分布[图6（a）]，并解析其三维结构、三维应变以及包括孪晶和位错在内的内部缺陷[119122]。对在一个布拉格节点附近的散射矢量q来说，其散射强度I(q)可以写成（5）式中，ρL(r)是晶格的电子密度；s(r)是晶体的形状函数；而u(r)代表原子与理想晶格位点相比的位移常PCDI旨在通过图4.基于单脉冲同步辐射和X射线自由电子激光源的冲击压缩下RDX单晶X射线衍射模拟。（a）α-RDX的晶体结构[107]。（b）γ-RDX的晶体结构[102]。α-RDX和γ-RDX分别在同步辐射“粉光”源（c）和（d）以及X射线自由电子激光源（e）和（f）下的二维X射线衍射谱。其中，2θ表示衍射角，χ表示衍射矢量投影到衍射屏上的方位角。（g）典型的波荡器X射线光谱，其中，λ表示X射线波长。X射线自由电子激光中心能量为22.68keV，带宽（BW）为0.1%。
1126Authornameetal./Engineering2(2016)xxx–xxx探测相干散射的X射线从而重构出一个独立的晶体或非晶颗粒[123125][图6（b）]。不同于BCDI，PCDI的散射强度I(q)仅由粒子的电子密度分布函数ρ(r)决定，表达式为（6）尽管迄今为止CDI很少应用于含能材料，但它独具潜力。BCDI探测的单颗粒可以是多晶块体中取出来的，也可以是嵌在聚合物基体中的（如PBX）。对一个单独的颗粒来说，CDI能获得其三维结构、三维应变和内部缺陷等信息。此外，针对无机/金属纳米颗粒建立起的方法学和实验装置[126,127]可以直接应用于含能材料颗粒。对于多晶块体或聚合物基体中的单个晶粒来说，上述信息也可用于推断颗粒-颗粒和颗粒-黏合剂之间的相互作用。如文献[119,128]中所述，外加载荷下颗粒的响应和缺陷的动力学过程也可以通过原位BCDI来测量。图5.基于25keV单色X射线的冲击压缩下多晶RDX的X射线衍射模拟。（a）加载和衍射几何，ψ表示冲击方向与特定衍射晶面的法线（n→）之间的夹角。（b）垂直于入射X射线的二维探测器上ψ的分布。未压缩（c）和5%压缩下（d）多晶α-RDX的X射线衍射。图6.（a）CDI原理示意图。ki和kf分别表示入射和出射的X射线波矢。q代表衍射波矢。（b）具有单个孪晶的Cu样品的模拟倒易空间。qx、qy和qz是倒易空间的三个基矢。（c）从（b）中数据重构的结果。（d）金黄色葡萄球菌的代表性衍射图和重建图像。（d）经SpringerNature2016许可，转载自文献[130]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Construction and Properties of Structure-and Size-controlled Micro/Nano-energetic Materials[J]. HUANG Bing,CAO Minhua,NIE Fude,HUANG Hui,HU Changwen. Defence Technology. 2013(02)
本文编号：3487658
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3487658.html
