隨著高亮度、高準(zhǔn)直性、光譜連續(xù)可調(diào)的同步輻射光源的不斷升級(jí),X射線成像技術(shù)也得到了進(jìn)一步發(fā)展。對(duì)比于可見(jiàn)光和電子,X射線擁有波長(zhǎng)短、穿透性強(qiáng)等特點(diǎn),這些優(yōu)點(diǎn)使其在無(wú)損、高分辨成像上得到了廣泛的應(yīng)用。此外,隨著光源亮度的不斷提升,具有時(shí)間分辨的原位成像方法的發(fā)展使得對(duì)非穩(wěn)態(tài)科學(xué)問(wèn)題的研究成為可能。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)研究目標(biāo)的功能成像,X射線譜學(xué)成像技術(shù)近年來(lái)得到了快速的發(fā)展。通過(guò)結(jié)合X射線近邊吸收譜和X射線成像技術(shù),可以得到樣品結(jié)構(gòu)和感興趣元素價(jià)態(tài)的聯(lián)合表征,從而實(shí)現(xiàn)樣品形貌及功能的關(guān)聯(lián)分析。近年來(lái),這種聯(lián)合表征技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)科研領(lǐng)域,包括能源材料、工業(yè)催化以及環(huán)境科學(xué)等。在能源材料領(lǐng)域中,隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品和電動(dòng)車的廣泛應(yīng)用,發(fā)展更高能量密度和更好安全性的鋰離子電池已經(jīng)成為了一個(gè)科研熱點(diǎn),鋰離子電池是一個(gè)十分復(fù)雜的化學(xué)體系,對(duì)其進(jìn)行研究通常要結(jié)合多種時(shí)間和空間尺度的表征,例如宏觀尺度下的X射線衍射技術(shù),以及微觀尺度下的透射電子顯微鏡技術(shù)等。但在介觀尺度下,只有X射線譜學(xué)成像技術(shù)可以完成對(duì)電極顆粒的形貌及化學(xué)行為復(fù)雜性的關(guān)聯(lián)研究。因此,發(fā)展X射線譜學(xué)成像技術(shù)在鋰離子電池中的應(yīng)用研究,不僅能夠填... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：130 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 X射線被物質(zhì)吸收的物理過(guò)程
    1.3 同步輻射光源發(fā)展
        1.3.1 同步輻射光源發(fā)展史概述
        1.3.2 國(guó)內(nèi)同步輻射裝置現(xiàn)狀
    1.4 同步輻射X射線成像技術(shù)
        1.4.1 全場(chǎng)透射X射線顯微鏡(TXM)
        1.4.2 掃描透射X射線顯微鏡(STXM)
        1.4.3 同步輻射納米分辨X射線成像技術(shù)的應(yīng)用
    1.5 鋰離子電池
        1.5.1 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)及工作原理
        1.5.2 鋰離子電池正極材料
        1.5.3 基于同步輻射的鋰離子電池正極材料表征手段
    1.6 本論文的選題背景和研究?jī)?nèi)容
第2章 同步輻射納米分辨全場(chǎng)X射線譜學(xué)成像
    2.1 同步輻射納米分辨全場(chǎng)X射線顯微成像實(shí)驗(yàn)站簡(jiǎn)介
    2.2 同步輻射納米分辨全場(chǎng)X射線譜學(xué)成像原理
        2.2.1 X射線近邊吸收譜原理簡(jiǎn)述
        2.2.2 X射線成像技術(shù)原理簡(jiǎn)述
        2.2.3 譜學(xué)成像技術(shù)原理簡(jiǎn)述
        2.2.4 譜學(xué)成像技術(shù)焦距與放大率
    2.3 同步輻射納米分辨X射線譜學(xué)成像實(shí)驗(yàn)流程
    2.4 同步輻射納米分辨X射線譜學(xué)成像技術(shù)數(shù)據(jù)處理
        2.4.1 雙能成像數(shù)據(jù)處理
        2.4.2 吸收譜成像數(shù)據(jù)處理
    2.5 同步輻射納米分辨X射線譜學(xué)成像數(shù)據(jù)分析
        2.5.1 形貌定量分析
        2.5.2 元素分布、價(jià)態(tài)與材料功能關(guān)聯(lián)分析
        2.5.3 數(shù)據(jù)挖掘算法在成像數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用
    2.6 本章小結(jié)
第3章 無(wú)序巖鹽結(jié)構(gòu)Li_(1.3)Ta_(0.3)Mn_(0.4)O_2脫鋰機(jī)理研究
    3.1 引言
    3.2 樣品制備及電化學(xué)表征
        3.2.1 LTMO的材料制備
        3.2.2 LTMO的電化學(xué)性能表征
        3.2.3 用于納米分辨X射線譜學(xué)成像實(shí)驗(yàn)的樣品準(zhǔn)備
    3.3 實(shí)驗(yàn)方法
        3.3.1 衍射實(shí)驗(yàn)
        3.3.2 納米分辨X射線譜學(xué)顯微成像實(shí)驗(yàn)
        3.3.3 硬X射線吸收譜實(shí)驗(yàn)
    3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論
        3.4.1 利用X射線/中子衍射表征Li_xTMO正極材料的電化學(xué)性能
        3.4.2 Li_xTMO顆粒中Mn離子的二維價(jià)態(tài)分布
        3.4.3 Li_xTMO顆粒形貌研究
        3.4.4 Li_xTMO陽(yáng)離子短程有序結(jié)構(gòu)演化過(guò)程
        3.4.5 Li_xTMO顆粒脫鋰過(guò)程中的特征參量變化
    3.5 本章小結(jié)
第4章 高鎳三元正極材料NMC622的熱穩(wěn)定性研究
    4.1 前言
    4.2 樣品制備及電化學(xué)表征
        4.2.1 NMC622正極材料的制備
        4.2.2 電化學(xué)性能表征
    4.3 實(shí)驗(yàn)方法
        4.3.1 納米分辨X射線譜學(xué)成像實(shí)驗(yàn)
        4.3.2 軟X射線吸收譜
        4.3.3 掃描電子顯微鏡/能量色散光譜儀
    4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論
        4.4.1 加熱過(guò)程中NMC622顆粒中Ni離子的二維價(jià)態(tài)分布
        4.4.2 加熱驅(qū)動(dòng)的表面與體相化學(xué)性能變化
        4.4.3 加熱驅(qū)動(dòng)的樣品顆粒機(jī)械性能變化
        4.4.4 加熱導(dǎo)致的鋰鹽析出
    4.5 本章總結(jié)
第5章 高鎳三元正極材料NMC811的熱穩(wěn)定性研究
    5.1 引言
    5.2 樣品制備
    5.3 實(shí)驗(yàn)方法
        5.3.1 原位加熱X射線衍射實(shí)驗(yàn)
        5.3.2 非原位加熱硬X射線吸收譜實(shí)驗(yàn)
        5.3.3 非原位加熱軟X射線吸收譜實(shí)驗(yàn)
        5.3.4 原位加熱X射線拉曼光譜實(shí)驗(yàn)
        5.3.5 原位加熱納米分辨X射線譜學(xué)成像實(shí)驗(yàn)
    5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論
        5.4.1 XRD表征加熱驅(qū)動(dòng)的NMC811材料相變
        5.4.2 XANES表征加熱驅(qū)動(dòng)的過(guò)渡金屬元素體相價(jià)態(tài)變化
        5.4.3 sXAS表征加熱驅(qū)動(dòng)的過(guò)渡金屬元素表面價(jià)態(tài)變化
        5.4.4 拉曼光譜表征加熱驅(qū)動(dòng)的過(guò)渡金屬元素體相價(jià)態(tài)變化
        5.4.5 譜學(xué)成像表征加熱驅(qū)動(dòng)的二次顆粒內(nèi)部化學(xué)不均勻性變化
        5.4.6 三維譜學(xué)成像表征顆粒尺寸與還原價(jià)態(tài)的關(guān)系
    5.5 本章小結(jié)
第6章 譜學(xué)成像技術(shù)在各向異性單晶樣品上的應(yīng)用
    6.1 引言
    6.2 各向異性和各向同性結(jié)構(gòu)樣品的二維譜學(xué)成像結(jié)果對(duì)比
    6.3 LiCoO_2的材料制備及實(shí)驗(yàn)過(guò)程
        6.3.1 LiCoO_2的材料制備
        6.3.2 譜學(xué)成像實(shí)驗(yàn)
    6.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論
        6.4.1 新制備LiCoO_2單晶顆粒提取的吸收譜隨入射光角度的變化
        6.4.2 各向異性單晶樣品中表征價(jià)態(tài)變化的特征參量研究
        6.4.3 峰值能量作為價(jià)態(tài)表征特征參量研究充電態(tài)LiCoO_2單晶顆粒
        6.4.4 峰值能量作為特征參量研究過(guò)度脫鋰的LiCoO_2單晶顆粒
    6.5 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]同步輻射納米成像技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 袁清習(xí),鄧彪,關(guān)勇,張凱,劉宜晉.  物理. 2019(04)
[2]前沿物理大科學(xué)裝置數(shù)據(jù)策略的一些思考[J]. 陳剛.  中國(guó)科學(xué)院院刊. 2018(08)
[3]X射線自由電子激光單顆粒成像研究[J]. 孫智斌,范家東,江懷東.  物理. 2018(08)
[4]X射線自由電子激光[J]. 趙振堂,馮超.  物理. 2018(08)
[5]X射線納米成像單毛細(xì)管橢球鏡的設(shè)計(jì)與檢測(cè)[J]. 陶芬,王玉丹,任玉琦,豐丙剛,佟亞軍,杜國(guó)浩,鄧彪,孫天希,謝紅蘭,肖體喬.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2017(10)
[6]鋰離子電池基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題（Ⅻ）——表征方法[J]. 李文俊,褚賡,彭佳悅,鄭浩,李西陽(yáng),鄭杰允,李泓.  儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2014(06)
[7]鋰離子電池基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題（VII）——正極材料[J]. 馬璨,呂迎春,李泓.  儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2014(01)
[8]基于雙三次插值算法的圖像縮放引擎的設(shè)計(jì)[J]. 張阿珍,劉政林,鄒雪城,向祖權(quán).  微電子學(xué)與計(jì)算機(jī). 2007(01)



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