能源材料研究线站(E-line)软分支(线站编号BL20U2),是上海光源(二期)线站工程建设的线站之一,与2022年10月通过中国科学院工艺验收后,开始对用户进行开放。该线站属于能源材料线站(E-line)复合线站,是一条能够完全独立运行的软X射线线站。该线站采用了一台椭圆偏振波荡器(EPU60)作为光源,并结合光栅单色器,给实验站提供能量范围130~1500eV的光子。该线实验站全称为软X射线散射实验站(Soft X-ray RXES/REXS Station),特色在于其提供软X射线能域散射方法。这些不仅包括了非弹性的,诸如软X射线共振发射(RXES)或软X射线共振非弹性散射(RIXS),而且也涵盖了弹性的,如软X射线共振弹性散射(REXS)等实验方法。
软X射线共振发射谱(RXES)适用于能源材料的研究领域为:(a)能源材料清洁能源技术中占有重要地位的动力电池、光伏器件、太阳能电池、燃料电池极片材料的电子结构及化学态表征;(b)新型催化剂(诸如二氧化碳还原转换为可再生能源、高效节能的合成氨催化剂)电子结构的表征,为建立可信的构效关系及催化机理提供关键依据,为随后合理设计先进催化剂及有目的性地调控催化过程提供指导;(c)材料纳米结构 - 能帮助研究纳米结构材料的真正体相性质,甚至能用来研究氧化层钝化下的纳米结构等。软X射线弹性散射(REXS)不仅可应用于单晶/超晶格无机材料,而且可用于研究半晶乃至与多晶的有机材料。无机材料中弹性散射主要研究量子材料、磁性材料的电荷有序,轨道有序及自旋有序等长程信息。该方法与同步辐射光源相结合赋予其优越的特性:(a)元素分辨 - 对化学元素的敏感来自于元素特定的吸收边;(b)轨道分辨 - 选择元素的吸收边能量来激发电子,通过多极跃迁来识别不同的终态轨道;(c)多极矩分析 - REXS对多极矩敏感。对称性参数的研究可以区分磁性和非磁性效应等。有机材料的弹性散射主要研究软凝聚态结构中相分离、相畴的大小分布,得以优化诸如有机太阳能电池薄膜的电荷传输特性,制备性能优异的器件;该方法亦可作为极具潜力的无损检测,用来表征微电子技术中微细图形加工的关键材料之一 - 光刻胶薄膜中关键尺寸(Critical Dimension)的边缘粗糙度,以满足超大规模集成电路发展的需要。
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