小角x射线散射原理

小角x射线衍射缩写是SAXD，小角x射线散射的缩写是SAXS，二者的原理还是有很大的区别的。衍射对应的是周期性结构引起的相干，而散射对应的是电子密度的波动。

小角X射线衍射：

X-射线照射到晶体上发生相干散射(存在位相关系)的物理现象叫衍射，即使发生在低角度也是衍射。例如，某相的d值为31.5A，相应衍射角为2.80°(Cu-Kα)，如果该相有很高的结晶度，31.5A峰还是十分尖锐的。薄膜也能产生取决于薄膜厚度与薄膜微观结构的、集中在小角范围内的X射线衍射。在这些情况下，样品的小角X射线散射强度主要来自样品的衍射，称之为小角X射线衍射。对这类样品，人们关心的是其最大的d值或者是薄膜厚度与结构，必须研究其小角X射线衍射。

小角衍射，一般应用于测定超大晶面间距或薄膜厚度以及薄膜的微观周期结构、周期排列的孔分布等问题;

小角X射线散射：

X-射线照射到超细粉末颗粒(粒径小于几百埃，不管其是晶体还是非晶体)也会发生相干散射现象，也发生在低角度区。但是在实验方法、由微细颗粒产生的相干散射图的特征与上述的由超大晶面间距或薄膜产生的小角X射线衍射图的特征完全不同。这就是小角X射线散射。

小角散射则是应用于测定超细粉体或疏松多孔材料孔分布的有关性质。

小角散射得到的结构信息有两类，一个是微颗粒信息，一个是长周期信息。与原子尺度和小分子晶体点阵相比较，可以认为这些是结构的“大尺度”信息。因此小角散射方法主要有这两方面的应用：一个是测量微颗粒形状、大小及其分布，另一个是测量样品长周期，并通过衍射强度分析，进行有关的结构分析。

２０１１年第３期　

第３８卷总第２１５期　广东化工　

ｗｗｗ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｒｎ　５　

碳纤维中微孔缺陷的小角Ｘ射线散射研究方法　

柴晓燕，何江琴，杨茜，朱才镇，刘剑洪　

（深圳大学化学与化工学院，广东深圳５１８０６０）　

【摘要】碳纤维的小角Ｘ射线散射表明存在沿纤维轴方向取向的针形微孔。应用小角Ｘ散射可以得到微孔的尺寸和分布等的信息。文章主　

要阐述了微孔长度厶取向角Ｂ　。，孔隙率Ｐ，回转半径Ｒｔ，横截面积Ｓ等参数的计算方法。　【关键词】碳纤维；微孔；小角ｘ射线散射　［中图分类号］ＴＱ　［文献标识码】Ａ　［文章编号］１００７—１８６５（２０１１）０３．０００５．０３　

Ｓｍａｌｌ－－Ａｎｇｌｅ　Ｘ－－Ｒａｙ　Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｖｏｉｄｓ　Ｉｎ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｆｉｂｅｒｓ　

Ｃｈａｉ　Ｘｉａｏｙａｎ，Ｈｅ　Ｊｉａｎｇｑｉｎ，Ｙａｎｇ　Ｘｉ，Ｚｈｕ　Ｃａｉｚｈｅｎ，Ｌｉｕ　Ｊｉａｎｈｏｎｇ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　５　１　８０６０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｍａｌｌ—ａｎｇｌｅ　ｘ—ｒａｙ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ（ＳＡＸＳ）ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒｓ　ｓｈｏｗ　ａ　ｆａｎ－ｓｈａｐｅｄ　ｓｔｒｅａｋ　ａｌｏｎｇ　ｔｈｅ　ｅｑｕａｔｏｒ．ｗｈｉｃｈ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｅｄｌｅ—ｌｉｋｅ　ｍｉｃｒｏｖｏｉｄｓ　ｅｌｏｎｇａｔｅｄ　ａｌｏｎｇ　ｔｈｅ　ｆｉｂｅｒ　ａｘｉｓ．Ｔｈｅ　ｓｍａｌｌ—ａｎｇｌｅ　ｘ—ｒａｙ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ａｎ　ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｔｏｏｌ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｓｉｚｅ　ａｎｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｖｏｉｄｓ　ｉｎ　

小角x射线衍射缩写是SAXD，小角x射线散射的缩写是SAXS，二者的原理还是有很大的区别的。衍射对应的是周期性结构引起的相干，而散射对应的是电子密度的波动。

小角X射线衍射：

X-射线照射到晶体上发生相干散射(存在位相关系)的物理现象叫衍射，即使发生在低角度也是衍射。例如，某相的d值为31.5A，相应衍射角为2.80°(Cu-Kα)，如果该相有很高的结晶度，31.5A峰还是十分尖锐的。薄膜也能产生取决于薄膜厚度与薄膜微观结构的、集中在小角范围内的X射线衍射。在这些情况下，样品的小角X射线散射强度主要来自样品的衍射，称之为小角X射线衍射。对这类样品，人们关心的是其最大的d值或者是薄膜厚度与结构，必须研究其小角X射线衍射。

小角衍射，一般应用于测定超大晶面间距或薄膜厚度以及薄膜的微观周期结构、周期排列的孔分布等问题;

小角X射线散射：

X-射线照射到超细粉末颗粒(粒径小于几百埃，不管其是晶体还是非晶体)也会发生相干散射现象，也发生在低角度区。但是在实验方法、由微细颗粒产生的相干散射图的特征与上述的由超大晶面间距或薄膜产生的小角X射线衍射图的特征完全不同。这就是小角X射线散射。

小角散射则是应用于测定超细粉体或疏松多孔材料孔分布的有关性质。

小角散射得到的结构信息有两类，一个是微颗粒信息，一个是长周期信息。与原子尺度和小分子晶体点阵相比较，可以认为这些是结构的“大尺度”信息。因此小角散射方法主要有这两方面的应用：一个是测量微颗粒形状、大小及其分布，另一个是测量样品长周期，并通过衍射强度分析，进行有关的结构分析。

第２８卷第４期　

２００８年８月　山西化工　

ＳＨＡＮＸＩ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　Ｖ０１．２８　Ｎｏ．４　

Ａｕｇ．２００８　

攀冀　鏊囊　耋　

引　言　小角Ｘ射线散射对不同碳纤维的比较和分析　

李炜，魏文珑　

（太原理工大学化学化工学院，山西　太原０３００２４）　

摘要：应用Ｘ射线小角散射的方法研究了不同碳纤维试样的微孔特征。实验结果表明，通过散射　

强度与角度的曲线对比，说明了国产丝和日本丝在微观孔洞上的差异，日本丝从原丝到碳丝的散　

射强度都高于国产丝。通过两种碳纤维在生产过程中从原丝到碳丝的散射强度的变化对比，说明　

了原丝结构缺陷的遗传影响。　

关键词：小角ｘ射线散射；碳纤维；孔洞缺陷　

中图分类号：Ｏ６４１，ＴＱ３４２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４．７０５Ｏ（２Ｏｏ８）ｏ４．０００６　０３　

聚丙烯腈基碳纤维（ＰＡＮ）因其多种优良性能　

被广泛应用于各项高科技及民用领域。ＰＡＮ的优　

良性能来源于其独特的微观结构，而它的微观结构　

取决于原丝的结构，因此原丝的微观结构很大程度　

上决定了碳纤维的性能。本文用小角ｘ射线散射　

的方法对国产与进口碳纤维进行对比分析，印证了　

不同阶段的微观结构差异所导致的最后碳纤维性能　

的差异［１Ｉ。　

由于结构单元的非完美堆积，在原丝与碳纤维　

中存在着大量缺陷，其中大部分缺陷属于微孔洞，它　

们最容易从原丝遗传到碳纤维材料并对碳纤维的力　

学性能产生巨大影响，因此材料孔洞的研究是我国　

现阶段碳纤维研制的难点之一。小角散射（ＳＡＸＳ）　

为一种现代物理结构分析方法，凡是存在纳米尺度　

且电子密度不均匀区的物质经ｘ射线照射后，在原　

光束附近５。范围内均会产生小角散射现象，所以　

ＳＡＸＳ特别适合于研究多孔材料。相对于其他表征　

手段，ＳＡＸＳ的优势主要体现在：１）它是一种非破坏　

性的研究试样内部微结构的有效手段，测试过程中　

收稿日期：２ｏｏ８　０３．２８　

作者简介：李炜，男，１９８１年出生，华东理工大学在读博士研究