Spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS)Cette technique révèle des informations sur l'environnement chimique local et la structure électronique des matériaux en analysant la structure de leur seuil d'absorption aux rayons X. La conception expérimentale repose sur l'uniformité de la préparation des échantillons et le contrôle précis des paramètres de mesure. Voici les principales directives procédurales :

I. Optimisation de la préparation des échantillons

Échantillons de poudre

Broyage et granulation : Broyer l’échantillon jusqu’à une granulométrie < 10mPour réduire les effets de granularité, utilisez une presse hydraulique afin de former des pastilles minces de 5 à 10 mm de diamètre et de 0,5 à 1 mm d'épaisseur sous une pression de 10 à 20 MPa, en veillant à un taux de transmission d'environ 30 %. Par exemple, évitez un broyage excessif des échantillons d'oxyde métallique afin de prévenir toute distorsion du réseau cristallin.

Dilution et mélange : Pour les éléments fortement absorbants (par exemple, Fe, Cu), diluer à une concentration appropriée (généralement 1 à 5 % en poids) en utilisant une matrice inerte (par exemple, acide borique, cellulose) pour éviter la distorsion des caractéristiques de pré-bord en raison des effets d'auto-absorption. 

Échantillons en couches minces / liquides

Dépôt de couches minces : Préparer des films uniformes d’une épaisseur < 500 nm en utilisant des méthodes comme la pulvérisation magnétronique ou le revêtement par centrifugation pour éviter les interférences dues aux interfaces des films multicouches.

Encapsulation de liquide : Encapsuler les échantillons liquides à l'aide d'un film de polyimide (par exemple, Kapton), en contrôlant l'épaisseur de la couche liquide à <1 mm pour réduire le bruit de fond de diffusion.

Contrôle environnemental

Les échantillons doivent être préparés sous atmosphère inerte (par exemple, dans une boîte à gants sous argon) afin d'éviter l'oxydation ou l'hydrolyse. Par exemple, les matériaux de cathode des batteries lithium-ion nécessitent une isolation complète du CO₂.₂et H₂O tout au long du processus.

II. Optimisation des paramètres de mesure

Plage de balayage énergétique

Région de pré-seuil : Balayage de 50 à 100 eV vers les basses énergies centrées sur l'énergie du seuil d'absorption (E).₀) pour capturer les caractéristiques pré-bord.

Région étendue (EXAFS) : analyse jusqu’à E₀+1000eV vers le côté des énergies plus élevées, avec des pas augmentant progressivement de 0,5eV (région proche du bord) à 5eV (région lointaine du bord). 

Paramètres du faisceau

Taille du faisceau : Choisissez une taille parmi 100mm×100mm à 1 mm×1 mm, en fonction de l'uniformité de l'échantillon. Une taille de spot plus petite améliore la résolution spatiale, mais nécessite des temps d'acquisition plus longs.

Résolution du monochromateur : utiliser des monochromateurs Si(111) ou Si(311) avec une résolution énergétiqueDET ET≈10⁻⁴pour équilibrer la résolution et le flux.

Stratégie d'acquisition de données

Moyennage de plusieurs balayages : pour les échantillons à faible signal (par exemple, les solutions diluées), effectuez une moyenne de 10 à 20 balayages pour améliorer le rapport signal/bruit.

Contrôle de la température : Les expériences à basse température (par exemple, 10 K) nécessitent un cryostat à flux d'hélium liquide pour réduire l'impact des vibrations thermiques sur les amplitudes EXAFS.

III. Vérification et normalisation

Utilisez des échantillons standard (par exemple, des feuilles métalliques) pour calibrer l'axe énergétique, en veillant à ce que les différences de E₀sont <0,1eV.

Vérifier la qualité des données EXAFS par analyse de transformée de Fourier ; la position du pic principal doit s'écarter de la longueur de liaison théorique de <0,02Å.

Une préparation des échantillons bien conçue et un contrôle rigoureux des paramètres améliorent considérablement la fiabilité des expériences XAS et la précision de l'analyse des informations chimiques, fournissant ainsi un soutien crucial en matière de données pour la recherche dans des domaines tels que la catalyse et les matériaux énergétiques.