南边网> 科技>动态

散裂中子源:窥视物质结构的“超级显微镜”

2019-05-08 15:08 来历:科技日报

  从事资料研讨的香港大学副教授黄明欣离不开试验。前不久,他和自己的博士生一同到广东东莞我国散裂中子源(CSNS),使用两天时刻做了一项有关高强度钢结构功能的试验。稍有惋惜的是,他们请求的试验时刻有点不行。好在香港离东莞很近,一个半小时的车程就能抵达。经过再次请求试验机时,黄明欣的两个博士生又去CSNS做了后续试验,拿到了完好的数据。

  “太方便了,就像在自家门口。”黄明欣告知科技日报记者,他所研讨的高强钢是轿车使用的研讨要点。它既需求轻量化,又要进步轿车安全性。黄明欣团队成为CSNS通用粉末衍射仪的首位香港用户,借此,他们获得了高强钢在不同安排结构及不同变形条件下的重要微观参数信息。

  在此前的试验中,他曾向日本散裂中子源请求机时,规划好试验进程,然后把资料寄到日本。“他们做好试验之后,把数据传给咱们。”现在,近在咫尺的东莞有了CSNS,这对黄明欣太方便了。

  作为国家大科学工程,CSNS的建成,为粤港澳大湾区的科学研讨和技能进步搭建了世界一流的渠道。

  使用中子散射的轨道反推物质结构

  CSNS是由中科院和广东省一同制造的,是继英、美、日之后世界上第4个脉冲散裂中子源设备。它被称为“超级显微镜”。

  散裂中子源则是经过散裂反响发作中子,使用中子散射技能展开研讨,是探求物质微观结构和动态的有力手法。中子和光相同,具有波粒二象性,既有波的性质,能够反射、折射、衍射;也具有粒子的性质,能够弹射、吸收等。中子因为不带电,不易遭到带电质子和电子的阻止,能比其他勘探方法更为轻松地穿透物质。中科院院士陈和生说,中子束打到样品上,大多数会不受任何阻止穿过样品,但有些中子会与研讨目标的原子核发作相互作用,其运动方向也会发作改动,向四周散射。“咱们丈量中子散射的轨道及其能量和动量的改变,就能够精确地反推出物质的微观结构和动态。”

  关于散射的一个形象比方是:假设咱们面前有一道看不见的墙,咱们扔曩昔一个乒乓球,依据球的入射角和反射角咱们可判别球的抛入点是不是平的。假如咱们扔曩昔极多的乒乓球,依据入射角和反射角,咱们就知道这面墙的状况。

  散裂中子源勘探氢氧锂等有天然优势

  以同步辐射为光源的上海光源也曾被称为“超级显微镜”。同步辐射和中子散射虽然都能探求物质的内部结构,但二者是有差异的。中科院高能所东莞分部副主任梁天骄说,同步辐射X射线与原子核外的电子相互作用,散射强度正比于原子序数,对含有电子数目较多的原子灵敏,但对勘探原子数目较少的原子如氢原子等轻元素就比较困难了。在这方面,中子散射则具有优势。它与原子核相互作用的散射强度与原子序数无关,不仅可区别同位素和相邻元素,也能够区别碳、氢、氧等轻元素。因而,研讨含有很多氢、氧、氮原子的聚合物与生物大分子,中子散射具有优势。

  在动力资料范畴,氢动力轿车无疑比汽油车愈加节能环保。怎么完成氢的安稳贮存?科学家期望进步氢的存储密度便于带着。最简略的方法是给氢气加压,但加高压就简单带来安全问题。为此,科学家用一种金属—有机结构资料,把氢气吸进去,等用的时分再把氢气释放出来。使用散裂中子源试验就能够协助科学家了解氢存贮在资料的什么方位,在什么状况下氢能够很好地释放出来。

  锂也是原子序数较小的元素,用同步辐射光源难以看到锂在资料微观结构中的方位。现在,大幅度进步锂电池的功能是电动轿车推行的要害,而散裂中子源便是研讨锂电池的利器。科研人员能够将锂电池连同模仿充放电进程的设备放入中子散射谱仪,实时地原位丈量在几百次充放电的进程中,锂电池各个部分微观结构的改变,构建结构—功能联络,为改善和优化锂电池的规划供应要害数据。

  梁天骄说,科研中需求研讨样品在多种环境条件下的状况,既要研讨它在常温常压下的状况,更期望了解它在不同温度、压力、电场、磁场以及原位等条件下的改变,这就需求把样品放到供应环境条件的设备里。中子穿透才能极强,科研人员能够展开多种环境条件下的试验。

  助推粤港澳大湾区建造世界科技立异中心

  “自上一年秋天CSNS正式运转以来,咱们全面推动设备的敞开同享,招引了国内外很多的科研与工业用户展开试验研讨,助推了粤港澳大湾区世界科技立异中心的建造。CSNS的优异特性,使它在资料学、生命科学、物理、化学化工、资源环境、新动力等许多范畴具有广泛使用远景。这就为国内外特别是粤港澳大湾区的科技及工业展开发明了良好条件。”中科院高能物理所东莞分部主任陈延伟说。

  中子对轻原子更灵敏的特色,使它在锂电池等的研讨中大显身手。

  CSNS宣布的第一篇用户试验研讨成果论文便是有关锂电池的,是由北京大学深圳研讨生院、CSNS通用粉末衍射谱仪等相关课题组一同完成,宣布在《纳米动力》杂志上。这项研讨在锂离子电池正极资料结构特性和构成机理方面获得重要开展。

  曾经香港学者在一些特别需求中子研讨手法的科学问题上,只能远赴重洋做试验,而且试验时刻常难以保证,或许仅能选用计算机模仿结合一些惯例研讨手法。现在他们能够到东莞亲身做中子试验了。

  中科院高能物理所东莞分部中子科学部副主任张俊荣说,自CSNS开端运转以来,香港注册用户就占了用户总数的10%左右,在已展开的试验中,香港用户的试验占了14%。

  本年2月18日,中共中央、国务院印发了《粤港澳大湾区展开规划大纲》(以下简称《大纲》)。《大纲》指出,粤港澳大湾区的经济展开水平全国抢先,工业系统齐备,集群优势显着,2017年大湾区经济总量约10万亿元。《大纲》提出,要优化粤港澳大湾区动力结构和布局,建造清洁、低碳、安全、高效的动力供应系统;要强化动力储运系统;要优化制造业布局,进步国家新式工业化工业演示基地展开水平;要加速制造业结构调整。

  粤港澳大湾区的许多展开问题要靠科技处理,而面向使用的CSNS正是为此

修改: 罗予岐

相关新闻

微信
QQ空间 微博 0
回到主页 回到顶部

网站简介- 广告服务- 联络咱们- 法令声明- 友情链接

本网站由南边新闻网版权所有,未经授权制止仿制或树立镜像 广东南边网络信息科技有限公司担任制造保护

违法和不良信息举报电话:020-87373397 18122015029 18122015068