I. Principes techniques
Spectromètres d'absorption des rayons XCes techniques fonctionnent grâce à l'effet photoélectrique, mesurant la variation du coefficient d'absorption des rayons X d'un matériau en fonction de l'énergie des photons incidents afin de révéler la structure atomique locale et l'état électronique d'éléments spécifiques dans l'échantillon. Lorsque l'énergie des rayons X atteint l'énergie de liaison des électrons de cœur, ces électrons sont excités vers des états inoccupés ou continus, provoquant un changement abrupt du coefficient d'absorption et la formation d'un seuil d'absorption. La structure fine observée à environ 50 eV du seuil d'absorption est appelée structure fine d'absorption des rayons X au voisinage du seuil (XANES), et fournit des informations sur la valence des éléments, la symétrie de coordination et l'hybridation des orbitales. Les signaux oscillatoires dans la gamme d'énergie de 50 à 1000 eV au-dessus du seuil d'absorption sont appelés structure fine d'absorption des rayons X étendue (EXAFS). Par transformation de Fourier, l'EXAFS permet d'extraire des paramètres structuraux tels que les longueurs de liaison de coordination, les nombres de coordination et les degrés de désordre.
II. État actuel du développement
Au cours des dernières années,spectromètre d'absorption des rayons XL'évolution technologique a révélé deux tendances majeures. Premièrement, les sources de rayonnement synchrotron sont modernisées et passent à la quatrième génération d'anneaux de stockage à diffraction limitée, offrant une brillance accrue de plusieurs ordres de grandeur et une résolution énergétique atteignant ΔE/E ≤ 10⁻⁴. Deuxièmement, des avancées significatives ont été réalisées dans le domaine des instruments de paillasse. Par exemple, la série easy XAFS, fruit de 20 ans de miniaturisation des synchros, concentre les fonctionnalités d'un accélérateur annulaire de 432 mètres de circonférence dans un instrument de laboratoire conventionnel, comblant ainsi le manque de solutions existantes sur le marché national. En 2024, le marché mondial des instruments de paillasse atteignait 113 millions de dollars américains et devrait atteindre 152 millions de dollars américains d'ici 2031, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 4,2 %. Des entreprises chinoises telles qu'Anhui Chuangpu Instrument et Guochuang Scientific Instrument ont lancé des produits référencés dans les catalogues provinciaux de produits industriels de haute qualité, accélérant considérablement le processus de localisation.
III. Domaines d'application
Cette technologie a trouvé des applications dans de nombreux domaines, notamment la science des matériaux, l'énergie, l'environnement et la biomédecine. En catalyse, elle permet le suivi en temps réel des variations d'état de valence des centres actifs des catalyseurs. Dans la recherche sur les matériaux pour batteries, elle permet d'étudier l'évolution structurale des matériaux d'électrode lors des cycles de charge/décharge. En surveillance environnementale, elle analyse l'environnement de coordination des métaux lourds dans les sols. En biomédecine, elle fournit des données essentielles pour la détermination de la structure des métalloprotéines et la conception de médicaments. Son caractère non destructif, sa spécificité élémentaire et sa haute sensibilité (limite de détection aussi basse que 0,5 % en poids) en font un outil fondamental pour l'étude de la structure locale des systèmes complexes.