[發明專利]一種利用SAXS分析高性能纖維的方法和系統

有效

• 申請號: 201610534986.X
• 申請日: 2016-07-08
• 公開（公告）號: CN107589133B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 朱才鎮;海洋;劉會超;趙寧;徐堅
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所;深圳大學
• 主分類號: G01N23/201
• 分類號: G01N23/201
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;張祖萍

1.一種利用SAXS分析高性能纖維的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

獲取步驟：利用同步輻射SAXS獲取高性能纖維內微孔結構的實驗圖譜；

建模步驟：根據實驗圖譜的特征構建SAXS二維全譜擬合的計算模型，以對高性能纖維內的微孔結構進行描述；

解析步驟：調整計算模型中的可調參數，使得計算圖譜與所述實驗圖譜之差最小，從而解析出計算模型的參數，以分析和表征出高性能纖維的微孔結構；其中，散射體系中同時存在取向散射體和各向同性散射體時，采用球體模型和橢球體模型進行擬合計算；散射體系中僅存在取向散射體時，采用橢球體模型進行擬合計算；其中，對于橢球體模型，其計算模型為：

上式中各角度之間有如下關系：

其中，q為散射向量，為散射向量的散射振幅，定義缺陷x，y，z方向上尺寸分布為f(R₁)、f(R₂)和f(R₃)，沿纖維軸向天頂角分布為h(ω)，方位角分布為其體積為V(R₁，R₂，R₃)，γ表示散射體與X軸的夾角，ω表示沿纖維軸向天頂角，2θ為入射X射線和散射X射線的夾角，ψ表示散射矢量與q_x分量方向的夾角，表示方位角。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，天頂角分布h(ω)定義為Von Mises分布，函數形式如下：

其中I₀為第一類0階修正的bessel函數，ω₀為平均值，分布的方差由к確定。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，尺寸分布f(R)定義為log分布，函數形式如下：

其中μ和σ分別為對數正態分布的對數均值和對數標準差，平均值m和方差v可以通過下式求得：

m＝exp(μ+σ²/₂) (12)

υ＝exp(2μ+σ²)(expσ²-1) (13)，

通過不斷調整建模參數ω₀、к、μ和σ使得計算圖譜和實驗圖譜誤差最小。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，對于球體模型，公式(8)中R₁＝R₂＝R₃，h(ω)為常數，方位角分布為常數，參數μ、σ為可調參數。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，對于采用球體模型和橢球體模型進行擬合計算的情況，在上述解析步驟中，將橢球體模型的計算值與球體模型的計算值相加得到的計算圖譜與所述實驗圖譜進行比較，通過調整尺寸大小的參數μ、σ和調整取向角度的參數ω₀、к來調整橢球體模型的計算值，通過調整尺寸大小的參數μ、σ來調整球體模型的計算值，從而使得橢球體模型的計算值與球體模型的計算值相加得到的計算圖譜和實驗圖譜二者誤差最小，即可解析出兩個模型各自的參數。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，利用二維高斯函數來描述同步輻射光源光斑的形狀，調整所述二維高斯函數中的可調參數以改變其所描述的光斑形狀，所述二維高斯函數的形式如式(14)所示：

其中，q₁₂為散射矢量q在子午線方向的分量，q₃為散射矢量q在赤道方向的分量；S_x為q₁₂在子午線方向上的方差，S_y為q₃在赤道方向上的方差，S_x和S_y為可調參數；通過調整式(14)中的可調參數S_x和S_y，即可以改變描述出的光斑形狀，從而描述出實際的光源光斑形狀。