Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS)Die Methode liefert Informationen über die lokale chemische Umgebung und die elektronische Struktur von Materialien durch die Analyse ihrer Absorptionskantenstruktur unter Röntgenstrahlung. Kern des Versuchsaufbaus ist die einheitliche Probenpräparation und die präzise Kontrolle der Messparameter. Im Folgenden sind die wichtigsten Verfahrensrichtlinien aufgeführt:

I. Optimierung der Probenvorbereitung

Pulverproben

Mahlen und Pelletieren: Mahlen Sie die Probe auf eine Partikelgröße <10MUm die Auswirkungen der Körnung zu reduzieren, werden dünne Pellets mit einem Durchmesser von 5–10 mm und einer Dicke von 0,5–1 mm unter einem Druck von 10–20 MPa mithilfe einer Hydraulikpresse geformt. Dabei wird eine Transmission von 30 % sichergestellt. Beispielsweise sollte übermäßiges Mahlen von Metalloxidproben vermieden werden, um Gitterverzerrungen vorzubeugen.

Verdünnung und Mischung: Bei stark absorbierenden Elementen (z. B. Fe, Cu) sollte auf eine geeignete Konzentration (typischerweise 1-5 Gew.-%) mit einer inerten Matrix (z. B. Borsäure, Cellulose) verdünnt werden, um eine Verzerrung der Vorkantenmerkmale durch Selbstabsorptionseffekte zu verhindern. 

Dünnschicht-/Flüssigkeitsproben

Dünnschichtabscheidung: Gleichmäßige Schichten mit einer Dicke von <500 nm werden durch Verfahren wie Magnetron-Sputtern oder Spin-Coating hergestellt, um Störungen durch Grenzflächen von Mehrschichtfilmen zu vermeiden.

Flüssigkeitseinkapselung: Flüssige Proben werden mit Polyimidfolie (z. B. Kapton) eingekapselt. Die Dicke der Flüssigkeitsschicht wird auf <1 mm begrenzt, um den Streuhintergrund zu reduzieren.

Umweltkontrolle

Die Proben sollten unter Inertgasatmosphäre (z. B. in einer Argon-Handschuhbox) präpariert werden, um Oxidation oder Hydrolyse zu vermeiden. Beispielsweise erfordern Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien eine vollständige Isolation von CO₂.₂und H₂O während des gesamten Prozesses.

II. Optimierung der Messparameter

Energiescanbereich

Vor-Kanten-Bereich: Scannen Sie 50-100 eV in Richtung der niedrigeren Energie, zentriert auf der Absorptionskantenenergie (E).₀) um Vorkantenmerkmale zu erfassen.

Erweiterter Bereich (EXAFS): Scannen Sie bis zu E₀+1000eV in Richtung höherer Energien, wobei die Schrittweiten von 0,5eV (nahe der Kante) bis 5eV (ferne Kante) allmählich zunehmen. 

Strahlparameter

Balkengröße: Wählen Sie eine Größe ab 100MM×100Mm bis 1 mm×1 mm basiert auf der Gleichmäßigkeit der Probe. Ein kleinerer Spotdurchmesser verbessert die räumliche Auflösung, erfordert jedoch längere Messzeiten.

Monochromatorauflösung: Verwenden Sie Si(111)- oder Si(311)-Monochromatoren mit einer Energieauflösung vonDUND UND≈10⁻⁴um Auflösung und Fluss in Einklang zu bringen.

Datenerfassungsstrategie

Mittelwertbildung durch Mehrfachscans: Bei Proben mit schwachem Signal (z. B. verdünnten Lösungen) sollten 10 bis 20 Scans gemittelt werden, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern.

Temperaturkontrolle: Für Tieftemperaturexperimente (z. B. 10 K) wird ein Flüssighelium-Durchflusskryostaten benötigt, um den Einfluss thermischer Vibrationen auf die EXAFS-Amplituden zu reduzieren.

III. Verifizierung und Standardisierung

Verwenden Sie Standardproben (z. B. Metallfolien) zur Kalibrierung der Energieachse und stellen Sie sicher, dass Unterschiede in E vorliegen.₀sind <0,1eV.

Die Qualität der EXAFS-Daten sollte mittels Fourier-Transformationsanalyse überprüft werden; die Position des Hauptpeaks sollte um weniger als 0,02 Å von der theoretischen Bindungslänge abweichen.

Eine gut konzipierte Probenpräparation und Parameterkontrolle verbessern die Zuverlässigkeit von XAS-Experimenten und die Genauigkeit der chemischen Informationsanalyse erheblich und liefern so wichtige Datengrundlagen für die Forschung in Bereichen wie Katalyse und Energiematerialien.