含能材料的新型X射線和光學(xué)診斷學(xué)研究進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間：2021-11-10 17:37
含能材料在制備、加工或外刺激（如沖擊壓縮）過程中的熱力學(xué)、物理和化學(xué)過程包含多個(gè)時(shí)空尺度,發(fā)掘其中的新現(xiàn)象、獲取新數(shù)據(jù)以及了解內(nèi)在機(jī)制都亟需時(shí)空分辨診斷技術(shù)。在本文中,我們簡要回顧了一些新興或已存在但較少應(yīng)用于含能材料的新型診斷技術(shù),包括二維（2D）和三維（3D）X射線成像、X射線衍射、相干X射線衍射成像、X射線小角度散射、太赫茲和光學(xué)吸收/發(fā)射光譜以及一維（1D）和二維激光速率/位移干涉技術(shù)。這些技術(shù)涉及的典型空間尺度主要是晶格尺度（納米和微米）,典型時(shí)間尺度包括飛秒、納秒、微秒和毫秒;針對的科學(xué)問題和工程難題包括缺陷、強(qiáng)度、變形、熱點(diǎn)、相變、反應(yīng)和沖擊感度。本文介紹了探測和數(shù)據(jù)分析的基本原理并輔以示例說明。同時(shí),先進(jìn)測量和實(shí)驗(yàn)復(fù)雜性方面還急需發(fā)展相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析和解析方法學(xué)以及多尺度模擬。
【文章來源】：Engineering. 2020,6(09)EISCI
【文章頁數(shù)】：30 頁
【部分圖文】：
射線的原位多尺度測量
）和平面波相干X射線衍射成像（PCDI），是一系列具有亞納米和納米級空間分辨率的新型X射線顯微鏡[118,119]。BCDI通過輕微旋轉(zhuǎn)晶粒用以研究單晶晶粒的三維布拉格節(jié)點(diǎn)分布[圖6（a）]，并解析其三維結(jié)構(gòu)、三維應(yīng)變以及包括孿晶和位錯(cuò)在內(nèi)的內(nèi)部缺陷[119122]。對在一個(gè)布拉格節(jié)點(diǎn)附近的散射矢量q來說，其散射強(qiáng)度I(q)可以寫成（5）式中，ρL(r)是晶格的電子密度；s(r)是晶體的形狀函數(shù)；而u(r)代表原子與理想晶格位點(diǎn)相比的位移常PCDI旨在通過圖4.基于單脈沖同步輻射和X射線自由電子激光源的沖擊壓縮下RDX單晶X射線衍射模擬。（a）α-RDX的晶體結(jié)構(gòu)[107]。（b）γ-RDX的晶體結(jié)構(gòu)[102]。α-RDX和γ-RDX分別在同步輻射“粉光”源（c）和（d）以及X射線自由電子激光源（e）和（f）下的二維X射線衍射譜。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）典型的波蕩器X射線光譜，其中，λ表示X射線波長。X射線自由電子激光中心能量為22.68keV，帶寬（BW）為0.1%。
1126Authornameetal./Engineering2(2016)xxx–xxx探測相干散射的X射線從而重構(gòu)出一個(gè)獨(dú)立的晶體或非晶顆粒[123125][圖6（b）]。不同于BCDI，PCDI的散射強(qiáng)度I(q)僅由粒子的電子密度分布函數(shù)ρ(r)決定，表達(dá)式為（6）盡管迄今為止CDI很少應(yīng)用于含能材料，但它獨(dú)具潛力。BCDI探測的單顆�？梢允嵌嗑K體中取出來的，也可以是嵌在聚合物基體中的（如PBX）。對一個(gè)單獨(dú)的顆粒來說，CDI能獲得其三維結(jié)構(gòu)、三維應(yīng)變和內(nèi)部缺陷等信息。此外，針對無機(jī)/金屬納米顆粒建立起的方法學(xué)和實(shí)驗(yàn)裝置[126,127]可以直接應(yīng)用于含能材料顆粒。對于多晶塊體或聚合物基體中的單個(gè)晶粒來說，上述信息也可用于推斷顆粒-顆粒和顆粒-黏合劑之間的相互作用。如文獻(xiàn)[119,128]中所述，外加載荷下顆粒的響應(yīng)和缺陷的動(dòng)力學(xué)過程也可以通過原位BCDI來測量。圖5.基于25keV單色X射線的沖擊壓縮下多晶RDX的X射線衍射模擬。（a）加載和衍射幾何，ψ表示沖擊方向與特定衍射晶面的法線（n→）之間的夾角。（b）垂直于入射X射線的二維探測器上ψ的分布。未壓縮（c）和5%壓縮下（d）多晶α-RDX的X射線衍射。圖6.（a）CDI原理示意圖。ki和kf分別表示入射和出射的X射線波矢。q代表衍射波矢。（b）具有單個(gè)孿晶的Cu樣品的模擬倒易空間。qx、qy和qz是倒易空間的三個(gè)基矢。（c）從（b）中數(shù)據(jù)重構(gòu)的結(jié)果。（d）金黃色葡萄球菌的代表性衍射圖和重建圖像。（d）經(jīng)SpringerNature2016許可，轉(zhuǎn)載自文獻(xiàn)[130]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[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)
本文編號：3487658
【文章來源】：Engineering. 2020,6(09)EISCI
【文章頁數(shù)】：30 頁
【部分圖文】：
射線的原位多尺度測量
）和平面波相干X射線衍射成像（PCDI），是一系列具有亞納米和納米級空間分辨率的新型X射線顯微鏡[118,119]。BCDI通過輕微旋轉(zhuǎn)晶粒用以研究單晶晶粒的三維布拉格節(jié)點(diǎn)分布[圖6（a）]，并解析其三維結(jié)構(gòu)、三維應(yīng)變以及包括孿晶和位錯(cuò)在內(nèi)的內(nèi)部缺陷[119122]。對在一個(gè)布拉格節(jié)點(diǎn)附近的散射矢量q來說，其散射強(qiáng)度I(q)可以寫成（5）式中，ρL(r)是晶格的電子密度；s(r)是晶體的形狀函數(shù)；而u(r)代表原子與理想晶格位點(diǎn)相比的位移常PCDI旨在通過圖4.基于單脈沖同步輻射和X射線自由電子激光源的沖擊壓縮下RDX單晶X射線衍射模擬。（a）α-RDX的晶體結(jié)構(gòu)[107]。（b）γ-RDX的晶體結(jié)構(gòu)[102]。α-RDX和γ-RDX分別在同步輻射“粉光”源（c）和（d）以及X射線自由電子激光源（e）和（f）下的二維X射線衍射譜。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）典型的波蕩器X射線光譜，其中，λ表示X射線波長。X射線自由電子激光中心能量為22.68keV，帶寬（BW）為0.1%。
1126Authornameetal./Engineering2(2016)xxx–xxx探測相干散射的X射線從而重構(gòu)出一個(gè)獨(dú)立的晶體或非晶顆粒[123125][圖6（b）]。不同于BCDI，PCDI的散射強(qiáng)度I(q)僅由粒子的電子密度分布函數(shù)ρ(r)決定，表達(dá)式為（6）盡管迄今為止CDI很少應(yīng)用于含能材料，但它獨(dú)具潛力。BCDI探測的單顆�？梢允嵌嗑K體中取出來的，也可以是嵌在聚合物基體中的（如PBX）。對一個(gè)單獨(dú)的顆粒來說，CDI能獲得其三維結(jié)構(gòu)、三維應(yīng)變和內(nèi)部缺陷等信息。此外，針對無機(jī)/金屬納米顆粒建立起的方法學(xué)和實(shí)驗(yàn)裝置[126,127]可以直接應(yīng)用于含能材料顆粒。對于多晶塊體或聚合物基體中的單個(gè)晶粒來說，上述信息也可用于推斷顆粒-顆粒和顆粒-黏合劑之間的相互作用。如文獻(xiàn)[119,128]中所述，外加載荷下顆粒的響應(yīng)和缺陷的動(dòng)力學(xué)過程也可以通過原位BCDI來測量。圖5.基于25keV單色X射線的沖擊壓縮下多晶RDX的X射線衍射模擬。（a）加載和衍射幾何，ψ表示沖擊方向與特定衍射晶面的法線（n→）之間的夾角。（b）垂直于入射X射線的二維探測器上ψ的分布。未壓縮（c）和5%壓縮下（d）多晶α-RDX的X射線衍射。圖6.（a）CDI原理示意圖。ki和kf分別表示入射和出射的X射線波矢。q代表衍射波矢。（b）具有單個(gè)孿晶的Cu樣品的模擬倒易空間。qx、qy和qz是倒易空間的三個(gè)基矢。（c）從（b）中數(shù)據(jù)重構(gòu)的結(jié)果。（d）金黃色葡萄球菌的代表性衍射圖和重建圖像。（d）經(jīng)SpringerNature2016許可，轉(zhuǎn)載自文獻(xiàn)[130]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[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)
本文編號：3487658
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