研究者可以通过特殊的X射线技术看到3D变形

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研究人员使用一种被称为布拉格相干衍射成像的X射线散射技术在3-D中重建了缺陷晶粒的尺寸和形状。这些缺陷会在晶粒内的原子晶格中引发其他缺陷，这一发现激发了科学家研究材料性质和影响的兴趣。

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      阿贡材料科学家安德鲁•乌尔维斯塔德（Andrew Ulvestad）在阿贡的高级光子源（Advanced Photon Source）上检查了一个样品。

      医生利用X射线检查我们身体内坏死的骨头，同时，科学家也已经开发出了一种新的X射线技术来观察内部连续缠结的纳米颗粒，纳米颗粒也称为颗粒，用以检查影响其性质的变形和位错结构。

      上周五《科学》杂志发表的一项新研究中表明，美国能源部（DOE）阿贡国家实验室的研究人员利用布拉格相干衍射成像的X射线散射技术，在3-D中重建了缺陷晶粒的尺寸和形状。这些缺陷会在晶粒内的原子晶格中引发其他缺陷，这一发现激发了科学家研究材料性质和影响的兴趣。

      本文作者阿贡物理学家Wonsuk Cha表示：“这种技术可以产生非常高的原子位移灵敏度，并可以提高在不同现实条件下研究材料的能力，比如高温下。

      另一位作者阿贡的材料科学家安东尼•阿尔维斯塔德（Andrew Ulvestad）补充说：“如果能够映射颗粒的内部并看到位错网络，这将是非常令人兴奋的。”

      在过去的十年里，科学家们研究了分离的纳米粒子的缺陷结构。但是科学家没有方法来研究形成材料连续膜晶粒中的晶格变形，如在一些太阳能电池或某些催化材料中发现的那样。

      在布拉格相干衍射成像中，科学家向样品发射X射线，该样品会从材料结构中的原子上散射出来。通过观察散射图，科学家们可以三维重构材料的组成。使用小的单独纳米颗粒，使得信息相对容易聚集，但对于薄膜来说，会有其他并发症。 “这就像试图在修道院道路的标志性照片中找出保罗•麦卡特尼（Paul McCartney），而不是设法找出大型管弦乐队的第六位小提琴手在哪里，”Ulvestad说道。

      集中研究颗粒之间称为“晶界”的特定区域，会发生大多数有趣的材料现象。Ulvestad说：“晶界可以被认为是构造板块的断层线。它影响着很多潜在的活动。”

      Ulvestad特别提到薄膜太阳能电池，它是一种有希望的光伏技术，是一个从研究中受到启发的技术改变材料的显著的例子。他说：“这些材料通常是相当复杂的，其行为主要取决于晶界附近的 ‘前线’中的原子。”

      晶界附近的位错由材料的缺陷结构造成，Ulvestad希望科学家能够控制缺陷合成和定位，最终还能够控制晶界附近物质的行为。

      研究人员通过使用阿贡的先进光子源产生的具有特别穿透能力的高能X射线，能够实时观察晶格的变形。