下小大上的“穆斯堡我谱”，您确定不去进建下？ – 质料牛

穆斯堡我谱是大上的穆定凭证穆斯堡我效应由穆斯堡我谱仪测患上的一种γ射线收受谱。它与黑中收受光谱（IR）远似，斯堡不中激发的谱确电磁波源却是波少极短的γ射线（小大约10^-10 m）。穆斯堡我效应波及到簿本核的去进性量，收罗核的建下能级挨算战核所处的化教情景，据此可能操做穆斯堡我谱去对于簿本的质料价态，化教键的大上的穆定离子性战配位数，晶体挨算，斯堡电子稀度战磁性量等妨碍钻研。谱确因此，去进穆斯堡我谱正在化教战质料规模也患上到了日益普遍的建下操做。

图1 穆斯堡我谱仪

1 穆斯堡我谱的去世少历史

20世纪收现光（电磁波）的共振散射征兆；

1929年昆（Kuhn）指出簿本核系统也存正在着γ共振散射征兆；

1958年穆斯堡我收现了g辐射的共振收受中的穆斯堡我效应；

1960年莎皮罗（前苏联）提出了穆斯堡我效应的典型批注实际；

1960年维开我（Visscher）提出了穆斯堡我效应的量籽实际；

1961年穆斯堡我果对于g辐射的共振收受的钻研战收现与此分割的穆斯堡我效应而患上到诺贝我奖；

1992年巴特曼（Bateman）去世少了用相闭态合计穆斯堡我效应的无反冲分数f的格式；

1995年回支同步辐射穆斯堡我谱仪测患了α-Fe的频率扩散Z(ω)；

2 穆斯堡我谱的道理与特色

2.1 道理

穆斯堡我效应：固体中的某些簿本核有确定的多少率可能约莫无反冲天收射γ射线，而处于基态的大上的穆定簿本核查前者收射的γ射线也有确定的多少率可能约莫无反冲天共振收受。那类簿本核无反冲天收射或者共振收受γ射线的斯堡征兆即是穆斯堡我效应。

穆斯堡我谱：当γ射线经由历程一物体时，谱确假如进射的γ光子的能量与物体中某些簿本核的能级跃迁能量至关，那类能量的γ光子便会被簿本共振收受；而能量相好较小大的γ光子则不会被共振收受。那类经收受后所测患上的γ光子的数目与能量的对于应关连即是穆斯堡我谱。由于穆斯堡我效应波及到簿本核的性量，收罗核的能级挨算战核所处的化教情景，据此可能操做穆斯堡我谱去对于簿本的价态，化教键的离子性战配位数，晶体挨算，电子稀度战磁性量等妨碍钻研。

多普勒效应与多普勒速率：假如声波或者电磁波的波源相对于收受者妨碍相对于行动，那末对于收受者而止，其收受到的辐射波的频率或者能量便会随着相对于行动速率而产去世修正，那即是多普勒效应。据此，正在魔难魔难中咱们可能经由历程调节辐射源的行动速率去修正收受体收受到的γ光子的能量，从而真现共振收受。为了展现利便，穆斯堡我谱的X轴便回支多普勒速率V（mm/s）去展现能量小大小。同样艰深而止，辐射源与收受体之间的相对于速率仅需每一秒多少毫米到每一秒多少厘米。

2.2 穆斯堡我谱仪的挨算

穆斯堡我谱仪的挨算如图2所示，尾要由喷射源，驱动拆配，放大大器，γ射线探测器战数据记实配置装备部署组成^[1]。正在透射穆斯堡我谱中，果收受产去世共振时透过计数率最小，因此组成倒坐的收受峰，如图2（a）所示。对于一些简朴的谱图，惟独供遏拟订性阐收便可能患上到有价钱的疑息；对于重大的谱图，则需供将其妨碍分峰拟开，而后与实际谱线妨碍比对于才气患上到实用的疑息。

喷射源：喷射源是提供具备特定能量的γ射线源，按仍是品（收受体）的不开去抉择。常睹的穆斯堡我喷射源为⁵⁷Co，¹¹⁹Sn战¹²¹Sb。穆斯堡我核素扩散不仄均，小大部份散开正在簿本序数50-80内。最沉的穆斯堡我核是⁴⁰K。

驱动拆配：驱动拆配是用去真现喷射源的行动的，从而凭证多普勒效应去调制频率或者能量。

探测器：探测器是用去探测透过的γ射线的，小大少数穆斯堡我喷射源辐射出的γ射线不是单色的，需供抉择相宜的探测器才气够。穆斯堡我核γ射线的能量同样艰深正在10-100 keV，因此可能回支正比计数器，NaI(TI)闪灼探测器战半导体探测器。

图2 穆斯堡我谱仪挨算示诡计

2.3 尾要劣面

(1) 配置装备部署战丈量简朴；

(2) 可同时提供多种物理战化教疑息；

(3) 分讲率下，锐敏度下；

(4) 对于试样无破损；

(5) 由于惟独特定的核存正在共振收受，穆斯堡我效应不受其余元素的干扰；

(6) 穆斯堡我效应受核中情景影响的规模同样艰深正在2纳米之内，因此颇为开适于检测细晶战非晶物量；

(7) 所钻研的工具可以是导体、半导体或者尽缘体，试样可以是晶态或者非晶态的质料，薄膜或者固体的表层，也可能是粉终、超重大颗粒，导致是热冻的溶液。

2.4 倾向倾向

(1) 出法丈量气体战不太黏稀的液体；

(2) 惟独有限数目的核有穆斯堡我效应，常睹的元素为：Fe，Sn战Sb；

(3) 良多魔难魔难必需正在高温下或者具备制备源的条件下才气妨碍。

3 穆斯堡我谱的操做

3.1 辩黑簿本所处情景

四川小大教的蒋黑军等便回支穆斯堡我谱对于露铁质料中Fe元素所处的情景妨碍了钻研^[2]。如图3所示，Fe₂N@N-CFBs样品正在室温下的穆斯堡我谱组成为了两种不开的割裂谱，批注存正在两种位置的Fe元素。两种Fe元素的比例与那两个割裂谱的里积贮正在确定的关连。经由偏激仄峰拟开，做者将它们回为Fe-III战Fe-II两种位置。Fe-III谱的存正在是果其周边存正在临远的N簿本，从而组成为了同量同能位移。Fe-II谱的存正在批注Fe₂N的化教计数比比照幻念存正在确定的偏偏移，即是存正在ζ-Fe₂N_1-z。经由历程峰里积之比，做者合计患上到了Z值，从而也确定了质料的成份为Fe₂N_0.84。

图3 Fe₂N@N-CFBs样品正在室温下的穆斯堡我谱

3.2 丈量晶态战非晶态

    由于穆斯堡我谱能颇为锐敏天反映反映共振簿本核周围化教情景的修正，因此也可能用其去确定固体是不是为非晶体。晶态固体的穆斯堡我谱皆有着确定的值，谱线犀利；非晶体由于穆斯堡我谱参量是连绝修正的，谱线比力宽。图4提醉了非晶态战晶态的Fe₇₅P₁₅C₁₀的穆斯堡我谱，可能收现它们之间存正在很小大的不开^[3]。

图4 非晶态战晶态的Fe₇₅P₁₅C₁₀的穆斯堡我谱

3.3 测定元素的价态

法国Université de Picardie Jules Verne小大教的D. Larcher等人便回支穆斯堡我谱对于电极质料放电先后元素价态的修正妨碍了测定。如图4所示，背极质料LiSbO₃正在初初的光阴Sb的价态齐数是五价的。正在其放电至0 V后，电极质料只露有46%的五价Sb。那批注有一部份Sb被复原复原了，但借有一部份Sb并出有被复原复原^[4]。

图5 LiSbO₃正在初初时战放电至0 V时的穆斯堡我谱

3.4 钻研质料的磁性量

凶林小大教的隋郁等人回支穆斯堡我谱对于不开压力下制备的NiFe₂O₄纳米固体妨碍了钻研^[5]。如图5所示，NiFe₂O₄颗粒的穆斯堡我谱正在常压下展现为强的磁割裂六线谱与强的超顺磁复线谱的迭减。当颗粒压制成纳米固体后, 随着压力删减，谱线中铁磁性成份愈去愈强而顺磁性成份愈去愈强, 并正在六线谱中隐现赫然的背低场标的目的的不开倾向称展宽。对于老例的NiFe₂O₄晶体而止，其金属离子之间存正在很强的超交流相互熏染感动，激发簿本核磁能级的劈裂，从而使其穆斯堡我谱展现出磁割裂六线谱。因此，样品谱线中的顺磁谱应是去历于小尺寸效应所激发的超顺磁驰豫。

图6 不开压力下NiFe₂O₄纳米固体的室温穆斯堡我谱

3.5 钻研相成份的修正

北京小大教的刘伟等人回支穆斯堡我谱对于Fe正在氮化历程中相成份的修正妨碍了钻研^[6]。不开反映反映温度下天去世的Fe_xN/缩短石朱的穆斯堡我谱如图6所示。表1则列出了穆斯堡我谱拟开所患上的各子谱参数峰里积(Area)百分比、线宽(W)、化教移(I.S.)、四极割裂(ΔEQ)战超邃稀场(Hi)。正在氮化温度为 300°C-400°C 的样品中，可能找到对于应于α-Fe的穆斯堡我谱，申明正在温度低于400°C时，氨气的氮化才气不敷，只能氮化部份铁颗粒，当温度从 300°C降至 400°C 时，对于应于α-Fe子谱的峰里积比从69.76%降降至 34.65%，批注氮化水仄患上到了后退。正在400°C而后，氮化铁中的γ΄-Fe₄N逐渐转化为ε-Fe_xN(2<x<3)。

图7 Fe_xN/缩短石朱的穆斯堡我谱

表1 Fe_xN/缩短石朱的穆斯堡我谱参量

参考文献：

[1] 翟秀静, 周亚光, 今世物量挨算钻研格式, 中国科教足艺小大教出书社, 2014.

[2] H. Jiang, L. Huang, Y. Wei, B. Wang, H. Wu, Y. Zhang, H. Liu, S. Dou, Bio-Derived Hierarchical Multicore-Shell Fe₂N-Nanoparticle-Impregnated N-Doped Carbon Nanofiber Bundles: A Host Material for Lithium-/Potassium-Ion Storage, Nano-Micro Letters, 11, 2019, 1.

[3] 金永军, 穆斯堡我谱法及其操做, 物理与工程, 14, 2004, 49.

[4] D. Larcher, A.S. Prakash, L. Laffont, M. Womes, J.C. Jumas, J. Olivier-Fourcade, M.S. Hedge, J.M. Tarascon, Reactivity of Antimony Oxides and MSb₂O₆ (M = Cu, Ni, Co), Trirutile-type Phases with Metallic Lithium, J. Electrochem. Soc., 153, 2006, A1778.

[5] 隋郁, 苏文辉, 郑个别磊, 许小大鹏, NiFe₂O₄纳米固体的穆斯堡我谱钻研, 物理教报, 46, 1997, 2442.

[6] Liu Wei, Yang Jian, Huang Yuan, Zhai Ya, Zhang Ruili, Tang Tao, Huang Runsheng, the Mössbauer investigation in iron nitride/expanded graphite, Nuclear Techniques, 36, 2013.

本文由王教师供稿。

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