小角中子散射谱仪技术的发展及未来展望

小角中子散射以中子作为探针,通过弹性相干散射,表征物质微观、介观结构,在物理、化学、材料和生物等多个学科领域有着广泛应用。最早的小角中子散射谱仪采用针孔几何进行中子束线准直,测量尺度在1~100纳米;随着中子源通量的增加、中子光学和探测技术的发展,小角中子散射技术逐渐向更大和更小尺度两个方向发展。在更大尺度方向,发展了微小角、超小角和自旋回波中子散射技术;在更小尺度方向,发展了无序大分子中子全散射技术。为了能够一次性表征多尺度复杂体系结构,小角中子散射技术正在向着全尺度覆盖、智能化数据分析的方向发展。本文依循小角中子散射技术和相应的中子谱仪在国内外的发展历程,梳理了不同技术的特点和应用范围,进而展望了这一技术的发展方向,期间穿插概述了相关技术在基础和应用科学研究领域的作用。

原子间相互作用对无序大分子结构和动力学影响的中子散射研究

不同单体在原子尺度的相互作用使得不同大分子体系在微观、介观的多尺度复杂结构及动力学行为有明显差异,从而进一步影响了体系的宏观性质.联用中子散射和计算机模拟,利用相同分子量和分子量分布的氘代大分子与氢化大分子具有相同分子结构、不同中子衬度,以及中子散射和计算机模拟宽广的时间、空间观察尺度,我们可以得到无序大分子体系最可几全原子结构,进而分析其从原子到纳米的多尺度空间结构,与从皮秒到微秒的多模式动力学行为的成因.近年来,我们使用该方法,从小分子到大分子的稀溶液、溶胀体系,从大分子熔体到玻璃态,成功分析了原子间相互作用对不同空间尺度结构和跨时间运动模式动力学行为的影响.本文介绍了这些典型的例子,希望将该方法推广到更广阔的研究领域,把大分子原子结构的多样性与多尺度的复杂结构和动力学有机地联系起来.