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同步辐射X射线成像技术在纳米探针细胞成像中的应用

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中国科学：化学 2023年第11期53卷 2270-2282页

作者：韩金茹任文智林杰吴爱国宁波市生物医学成像探针材料与技术重点实验室浙江省生物医学材料技术与应用国际合作基地中国科学院磁性材料与器件重点实验室宁波慈溪生物医学工程研究所浙江省医用植介入材料工程研究中心中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315201 中国科学院大学北京101408 先进能源科学与技术广东省实验室惠州516000

纳米探针在肿瘤的高灵敏成像和高效治疗可视化方面具有重要的应用前景.通过细胞原位成像技术揭示纳米探针与细胞间的相互作用将为其临床应用奠定生物学基础.同步辐射X射线成像技术是研究纳米探针细胞原位摄取、胞内代谢及构效关系的重... 详细信息

纳米探针在肿瘤的高灵敏成像和高效治疗可视化方面具有重要的应用前景.通过细胞原位成像技术揭示纳米探针与细胞间的相互作用将为其临床应用奠定生物学基础.同步辐射X射线成像技术是研究纳米探针细胞原位摄取、胞内代谢及构效关系的重要方法.本文系统总结了基于同步辐射光源X射线成像技术在纳米探针细胞原位成像方面的研究进展,包括纳米探针的细胞原位成像、亚细胞结构原位成像、细胞原位价态分析、细胞原位定量成像以及细胞原位三维成像.此外,本文还对可用于纳米探针细胞成像的X射线成像技术的发展趋势进行了探讨.

关键词：纳米探针细胞成像 X射线成像同步辐射

同步辐射XAFS技术在能源催化原位测量研究中的应用

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中国科学:化学 2023年第11期53卷 2117-2144页

作者：徐刘鑫周婉琳杨晨宇苏徽刘庆华孙治湖韦世强中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥230029

本文简要介绍了基于大科学装置的同步辐射X射线吸收精细结构谱学(XAFS)的基本原理和实验方法,以及在能源催化原位测量研究中的应用.通过选择近年来该领域的一些代表性研究论文,概述了原位XAFS技术研究气-固相和液-固相化学反应测量的实... 详细信息

本文简要介绍了基于大科学装置的同步辐射X射线吸收精细结构谱学(XAFS)的基本原理和实验方法,以及在能源催化原位测量研究中的应用.通过选择近年来该领域的一些代表性研究论文,概述了原位XAFS技术研究气-固相和液-固相化学反应测量的实验装置,以及在研究能源催化材料结构动态演化过程和机理中的应用,展示了XAFS技术对原位测量化学反应条件下活性结构演变的强大表征能力,并展望了XAFS技术在原位化学测量研究中的机遇和挑战.

关键词：同步辐射 XAFS 原位测量能源催化局域结构演变

同步辐射多模态成像技术在储能电池领域的研究进展

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储能科学与技术 2022年第3期11卷 834-851页

作者：安汉文莫生凯李梦璐王家钧哈尔滨工业大学化工与化学学院黑龙江哈尔滨150001

锂离子电池因具有较高的能量密度已广泛应用于便携式电子产品中。然而,它们在电动汽车和电网储能方面的潜在应用需要更高的能量密度。开发下一代电化学能源存储器件仍然存在巨大的挑战。同步加速X射线成像技术由于具有无损性、元素敏感... 详细信息

锂离子电池因具有较高的能量密度已广泛应用于便携式电子产品中。然而,它们在电动汽车和电网储能方面的潜在应用需要更高的能量密度。开发下一代电化学能源存储器件仍然存在巨大的挑战。同步加速X射线成像技术由于具有无损性、元素敏感性和高穿透性等天然优势,正受到越来越多地关注。本文重点介绍了同步辐射的X射线成像技术及其相关应用,以了解能量材料的物理/化学性质和反应机理。讨论了几种主要的X射线成像技术,包括X射线投影成像、透射X射线显微镜(TXM)、扫描透射X射线显微镜(STXM)、X射线荧光显微镜(XFM)和相干衍射成像(CDI)。希望这篇综述能够拓宽读者对X射线成像技术的认识,并为能源材料的研究提供新思路和可能性。

关键词：同步辐射 X射线锂离子电池先进表征技术

同步辐射吸收光谱技术在NiCoO电极材料储能机理研究中的应用

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中国材料进展 2024年

作者：齐颖胡小雨万初斌北京科技大学数理学院浙江大学材料科学与工程学院北京市实验室服务保障中心

同步辐射吸收谱(X-ray absorption fine structure，简称XAFS)是一种基于同步辐射光源的强大分析技术，用于研究材料局域原子或电子结构，XAFS技术广泛应用于物理学、材料学、化学、环境学等领域。本文整理近些年同步辐射吸收光谱技术... 详细信息

同步辐射吸收谱(X-ray absorption fine structure，简称XAFS)是一种基于同步辐射光源的强大分析技术，用于研究材料局域原子或电子结构，XAFS技术广泛应用于物理学、材料学、化学、环境学等领域。本文整理近些年同步辐射吸收光谱技术在超级电容器NiCo2O4电极材料研究方面的应用，主要内容包括：(1)XANES在确定元素价态、电荷转移上的应用；(2)EXAFS在确定原子配位结构上的应用；(3)原位XAFS在确定电化学反应机理上的应用。希望帮助科研人员从微观结构角度对该材料电化学储能机理有更深入的理解，促进NiCo2O4电极材料和超级电容器的发展。

关键词：电极材料 NiCo O 同步辐射微观结构 XAFS

锂电池正极材料化学及形貌的X射线纳米谱学成像研究

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1239-1244页

作者：高若阳张玲陶芬汪俊苏博毕志杰杜国浩邓彪肖体乔中国科学院上海应用物理研究所研究中心上海201800 中国科学院大学北京100049 中国科学院上海高等研究院上海光源中心上海201204 青岛大学物理科学学院山东青岛266071

锂离子电池高镍三元正极材料是储能领域的研究热点之一,多次循环后材料内部化学不均匀性与形貌缺陷,会造成电池失效与性能衰退,深入了解电池容量衰减变化及其原因需要对材料进行快速、高效无损的观测和分析。基于同步辐射的硬X射线全场... 详细信息

锂离子电池高镍三元正极材料是储能领域的研究热点之一,多次循环后材料内部化学不均匀性与形貌缺陷,会造成电池失效与性能衰退,深入了解电池容量衰减变化及其原因需要对材料进行快速、高效无损的观测和分析。基于同步辐射的硬X射线全场透射显微镜(TXM)是一种可无损研究物质内部结构且具有纳米分辨的成像技术。随着高亮度、高性能同步辐射光源的发展,同步辐射的TXM技术获得了快速发展,使得TXM成像方法具有更高的实验效率和空间分辨率。X射线纳米谱学成像(TXM-XANES)是将TXM与X射线吸收近边结构谱(XANES)有机结合的成像方法,TXM-XANES能够从纳米尺度上表征微米级能源材料的内部元素空间分布及化学态等信息,解决了常规方法由于表征材料局部区域而缺乏整体表征,或表征集合平均值特性而错过材料局部化学状态变化的问题。TXM-XANES作为基于TXM发展的多模态联合表征技术,已逐渐成为能源材料研究的重要实验方法之一。介绍了上海光源纳米三维成像线站及TXM成像系统,阐述了X射线纳米谱学成像方法的原理及其特点。X射线纳米谱学成像和纳米CT方法对锂离子电池正极高镍层状三元氧化物材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)(NCM622)粉体进行了表征,获得了纳米尺度下NCM622单颗粒样品中Ni元素化学态的空间分布信息及单颗粒的三维结构信息。对电池材料的三维X射线纳米谱学成像方法进行了介绍和展望。

关键词：纳米谱学成像全场透射X射线显微镜锂电池同步辐射

同步辐射真空紫外光电离质谱在燃烧和催化研究中的应用进展

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质谱学报 2021年第5期42卷 598-608,I0002页

作者：周忠岳杨玖重潘洋齐飞上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 中国科学技术大学国家同步辐射实验室安徽合肥230029

燃烧是当今世界的主要能源来源,在交通运输、工业生产和航空航天等领域发挥着重要的作用。燃烧过程伴随着污染物的产生,带来严重的环境问题。为了提高燃烧效率、降低污染物排放,我们需要理解并认识燃烧,最终可以控制燃烧。中间产物是燃... 详细信息

燃烧是当今世界的主要能源来源,在交通运输、工业生产和航空航天等领域发挥着重要的作用。燃烧过程伴随着污染物的产生,带来严重的环境问题。为了提高燃烧效率、降低污染物排放,我们需要理解并认识燃烧,最终可以控制燃烧。中间产物是燃烧反应网络的链载体,对关键中间产物定性和定量测量是认识燃烧的重要环节,也是发展和验证燃烧反应动力学模型的重要基础。另一方面,各种化学品和燃料的制备均涉及催化过程,对于催化反应中间产物的检测,可以进一步揭示催化反应机理,并定向调控催化反应路径,提高目标产物的转化率。上述关键中间产物,尤其是活泼中间产物的检测一直是测量的难点。近年来,我们发展的同步辐射真空紫外光电离质谱技术,结合超声分子束取样,可以检测燃烧及催化反应过程中的关键中间产物,如烯醇、过氧化物、自由基等。本文详细介绍了同步辐射真空紫外光电离质谱技术及其在燃烧和催化研究中的应用,并展望未来的发展方向。

关键词：光电离质谱真空紫外光同步辐射中间产物燃烧催化

基于同步辐射X射线成像液/固复层界面氢气泡的形核、生长演变与运动行为的原位研究

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金属学报 2022年第4期58卷 567-580页

作者：丁宗业胡侨丹卢温泉李建国上海交通大学材料科学与工程学院上海200240

利用同步辐射X射线二维成像技术对液/固复层界面加热过程中氢气泡的生长、运动行为及形态演变进行了原位表征,研究气泡的形核机理、生长机制与运动特征。结果表明,氢气泡的形核机制主要为非均质形核与双层表面膜演变;成分不均匀与双层... 详细信息

利用同步辐射X射线二维成像技术对液/固复层界面加热过程中氢气泡的生长、运动行为及形态演变进行了原位表征,研究气泡的形核机理、生长机制与运动特征。结果表明,氢气泡的形核机制主要为非均质形核与双层表面膜演变;成分不均匀与双层膜转变将群体气泡的生长分为2个不同阶段,气泡平均尺寸与时间的变化关系遵循stochastic随机模型;其生长机制为跳跃合并与熟化吞并机制,伴随着氢气泡形态由球状向椭球状与非规则状转变;氢气泡的运动包含向上迁移与无定向跳跃,在金属间化合物阻碍下氢气泡的生长经历多次跳跃,主要归因于双层表面膜转变为气泡、变形气泡尺寸增加、化合物溶解与化合物的扰动。

关键词：液/固界面非平衡凝固氢气泡同步辐射金属间化合物

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Fe基合金应力感生不可逆磁各向异性机理

物理学报 2022年第24期71卷 358-366页

作者：张建强秦彦军方峥范晓珍杨慧雅邝富丽翟耀苗艳龙赵梓翔何佳俊叶慧群方允樟浙江师范大学物理与电子信息工程学院金华321004 天水师范学院电子信息与电气工程学院天水741001 浙江师范大学浙江省固态光电器件重点实验室金华321004 浙江旅游职业学院杭州311231

Fe基合金因独特的磁性能和简单的生产工艺,被视为是重要的“双绿色”节能材料.本文对Fe_(73.5)Cu_(1)Nb_(3)Si_(13.5)B_(9)非晶薄带进行不同物理时效处理(张应力退火、回火),采用动态应变测量技术,结合纵向驱动巨磁阻抗效应和同步辐射X... 详细信息

Fe基合金因独特的磁性能和简单的生产工艺,被视为是重要的“双绿色”节能材料.本文对Fe_(73.5)Cu_(1)Nb_(3)Si_(13.5)B_(9)非晶薄带进行不同物理时效处理(张应力退火、回火),采用动态应变测量技术,结合纵向驱动巨磁阻抗效应和同步辐射X射线衍射研究应力感生磁各向异性和晶格各向异性的弛豫动力学,探寻应力感生磁各向异性的物理起源.结果表明:退火过程薄带轴向应变在玻璃转变点以下表现为弹性,在玻璃转变点以上主要表现为塑性;感生磁各向异性和晶格各向异性表现出不同的弛豫动力学,数值拟合预言前者通过无限次回火归一化的磁各向异性趋于κ=0.144的稳态值,而后者仅通过有限次回火便可弛豫为0;构建纳米晶分布各向异性模型,主张应力感生不可逆磁各向异性K_(d)是由纳米晶分布各向异性Δδ所致,且满足K_(d)=kΔδ的函数关系.本文认为应力感生磁各向异性起源于纳米晶晶格各向异性和分布各向异性的协同作用,对理解应力感生磁各向异性机理具有指导意义.

关键词：不可逆磁各向异性晶格各向异性分布各向异性同步辐射

基于中子与同步辐射技术的工程材料/部件多尺度残余应力评价

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金属学报 2023年第8期59卷 1001-1014页

作者：李时磊李阳王友康王胜杰何伦华孙光爱肖体乔王沿东北京科技大学、新金属材料国家重点实验室北京100083 散裂中子源科学中心东莞523803 中国工程物理研究院、核物理与化学研究所绵阳621999 中国科学院上海高等研究院、上海光源科学中心上海201204

多尺度残余应力贯穿于工程部件设计、生产、加工和服役的全生命周期,对工程部件的长寿命可靠服役具有重要意义。残余应力具有多层次、跨尺度的分布特征,在温度、载荷等服役环境作用下发生动态演化,给精确表征带来了很大困难。相较于传... 详细信息

多尺度残余应力贯穿于工程部件设计、生产、加工和服役的全生命周期,对工程部件的长寿命可靠服役具有重要意义。残余应力具有多层次、跨尺度的分布特征,在温度、载荷等服役环境作用下发生动态演化,给精确表征带来了很大困难。相较于传统实验室X射线残余应力测量方法,中子衍射、同步辐射高能X射线衍射和同步辐射微束衍射技术在穿透深度、时间分辨率、空间分辨率、环境装置等方面具有显著优势,能够实现宏观残余应力、晶间/相间微观应力、晶内超微观应力3类残余应力的原位无损精确表征。本文详细介绍了上述基于中子/同步辐射大科学装置的多尺度应力表征技术的测量原理、应用范围和典型应用案例,并对相关技术的发展进行了展望。

关键词：残余应力中子衍射同步辐射高能X射线衍射多尺度应力