[發明專利]一種對粉末或液體樣品的正電子湮沒譜測試方法

有效

• 申請號: 202010626423.X
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111650228B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 尹崇山;何春清;劉其城
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G01N23/22
• 分類號: G01N23/22
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 宋紅賓

本發明提供一種對粉末或液體樣品的正電子湮沒譜測試方法，使用Kapton薄膜將正電子放射物質包裹，形成正電子放射源；用正電子湮沒特征已知的膜將正電子放射源包裹住，放置在自封袋內，在自封袋內填入足量的被測樣品；正電子源以一定的速率放出正電子，正電子注入被測材料并在材料中湮沒；使用閃爍體探頭探測正電子的生成光信號以及湮沒光信號，然后依次通過恒比定時甄別器、時幅轉換器、多道分析器后信息被計算機錄入，并最終生成一個包含大量湮沒數據的正電子湮沒壽命譜。本發明可以測試液體、粉末樣品的正電子湮沒壽命譜，測試過程不需要壓片，不破壞液體、粉末樣品的結構，該方法測試時不會有污染、破壞正電子放射源的風險。

技術領域

本發明屬于材料微觀結構檢測技術領域，具體涉及一種對粉末或液體樣品的正電子湮沒譜測試方法。

背景技術

材料學的進步能夠大力的推動多方面工業技術的發展。一種高性能新材料的發現，對于前沿科學的促進作用十分巨大。然而，新型材料的開發難度也很大。如何從微觀出發，研究材料微結構影響其宏觀性能的機理對新型材料的開發顯得越來越重要。但是，常規實驗手段難以得到有機材料內部結構比如相形態、自由體積、納米孔形態和化學環境變化等信息。

正電子湮沒技術是一種利用正電子在被測材料中的湮沒特征，來表征被測材料中微觀結構的核心技術。正電子是電子的反粒子，帶有正電荷。大量正電子進入材料，在材料內各個位置湮沒并帶出湮沒特征(壽命長度、強度等)。此時正電子的湮沒特征與湮沒位置的缺陷、自由體積、化學環境等密切相關，因此可以利用這些湮沒特征推斷出材料內部的微觀結構。

實際測試時，使用Kapton薄膜將正電子放射物質(通常使用的如²²Na，¹⁸F，¹¹C等)包裹，形成一個密封的、可與固體樣品接觸的正電子放射源。將兩塊被測樣品放置于正電子源的兩側，形成三明治結構(如圖1所示)。最后將樣品與放射源一起放入自封袋內，準備測試。如果被測樣品是粉末樣品，則需要在測試前將粉末樣品壓成片狀，而壓片過程極有可能對粉末樣品的結構產生了一定的破壞，不利于樣品的回收利用、不利于對其微結構的分析。而且，壓片后的樣品結構不穩定，有可能在測試過程中破損，破損的粉末極易污染正電子放射源。不僅如此，有些粉末樣品是不能被壓成片狀，那么這種粉末樣品無法被測試。液體樣品會污染放射源，因此通常無法測試。因此，這種缺陷極大限制了正電子湮沒技術在粉末、液體樣品中的應用。布置好正電子放射源以及樣品后，正電子源以一定的速率放出正電子，正電子注入被測材料并在材料中湮沒。使用閃爍體探頭探測正電子的生成光信號以及湮沒光信號，然后依次通過恒比定時甄別器、時幅轉換器、多道分析器后信息被計算機錄入，并最終生成一個包含大量湮沒數據的正電子湮沒壽命譜。一般每個正電子湮沒壽命譜由1000000-2000000 個計數組成。最終，依據需要從正電子湮沒壽命譜中提取出所需的數據。因此幾十年以來，正電子湮沒技術已經被廣泛的用來探測各種材料的微觀結構。

使用Kapton薄膜將正電子放射物質(通常使用的如²²Na，¹⁸F，¹¹C等)包裹，形成一個密封的、可與固體樣品接觸的正電子放射源。

測試固體樣品時，將兩塊被測樣品放置于正電子源的兩側，形成三明治結構。將樣品與放射源一起放入自封袋內，準備測試。布置好正電子放射源以及樣品后，使用閃爍體探頭探測正電子的生成光信號以及湮沒光信號，然后依次通過恒比定時甄別器、時幅轉換器、多道分析器后信息被計算機錄入，并最終生成一個正電子湮沒壽命譜。一般每個正電子湮沒壽命譜由1000000-2000000個計數組成。最終，依據需要從正電子湮沒壽命譜中提取出所需的數據。

測試粉末樣品時，需要在測試前使用壓片機，通過同樣的壓片壓強、時間，壓制出兩片片狀樣品。再按照以上方法布置正電子放射源以及樣品，測試正電子湮沒壽命譜。

液體樣品會污染放射源，因此通常無法測試。

總結為現有技術存在以下問題：