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同步辐射及其在无机材料中的应用进展
刘云鹏, 盛伟繁, 吴忠华
无机材料学报    2021, 36 (9): 901-918.   DOI:10.15541/jim20200703
摘要   (1696 HTML95 PDF(pc) (25262KB)(2589)  

同步辐射是环形加速器中做循环运动的高速电子在经过弯转磁铁时, 沿电子轨道切线方向发射的电磁辐射。作为一类平台型科技基础设施, 同步辐射光源对无机材料的研究和发展起到了重要支撑作用。同步辐射实验技术已经成为现代科学技术不可或缺的研究手段, 无机材料研究是同步辐射技术的主要应用领域之一。相对于用于材料研究的常规光源来说, 同步辐射技术研究无机材料有以下优势: 1)获取的数据质量更高; 2)空间分辨和时间分辨的能力更强; 3)原位和材料服役环境更易模拟; 4)多尺度、多方面、多种类的结构信息同步获取; 5)探测新的结构特性更有可能。同步辐射实验技术有助于解决无机材料领域中的一些关键科学问题, 从而极大地推动了无机材料的研究进展。本文首先简要介绍了同步辐射光源的现状, 以及国内现有三个同步辐射装置: 北京同步辐射装置(Beijing Synchrotron Radiation Facility, BSRF)、上海同步辐射装置(Shanghai Synchrotron Radiation Facility, SSRF)和国家同步辐射实验室(National Synchrotron Radiation Laboratory, NSRL)。然后, 从X射线衍射、散射、谱学、成像等四个方面, 列举了同步辐射技术在无机材料研究中的应用实例。最后, 对同步辐射光源和结构表征技术及其在无机材料中的应用进行了总结与展望。



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图1 (BA)4AgBiBr8的原位高压衍射图谱及其晶体结构变化示意图[33]
正文中引用本图/表的段落
影响无机材料晶体结构最常见的外部因素主要有温度和压力。利用XRD技术可以获取不同外场(如温度、压力等)处理下无机材料的非原位相结构[4,5]及可能的变化。利用同步辐射极端条件下的XRD技术, 可以研究原位高压条件下的材料晶体结构演化[29,30,31], 如果再给材料加上温度, 还可研究材料的状态方程[32]。Fang等[33]在BSRF的4W2线站用原位同步辐射高压衍射技术研究二维卤化物双钙钛矿(BA)4AgBiBr8(BA=CH3(CH2)3NH3+)的结构与光学性能之间的关系, 发现压力为2.5 GPa时出现了压力诱导的光发射, 压力增至8.2 GPa时光发射强度进一步显著增强, 压力高达25 GPa时能隙从2.61 eV变窄到2.19 eV, 且发射光由浅黄色变成深黄色。研究结果表明这些光学性能的变化与压力诱导的相变有关, 在压力诱导下[AgBr6]5-和[BiBr6]3-八面体之间发生倾转, Bi-Br1-Ag键发生弯曲, 如图1所示。这一研究对于改善二维双钙钛矿材料的光学性能具有重要的指导意义。
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