一种SAXS计算中取向体系结构因子的计算方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种SAXS计算中取向体系结构因子的计算方法，包括下列步骤：获取步骤：获取被SAXS同步辐射光源照射的所述散射体的长径比；确定步骤：根据所述长径比确定不同散射体的结构因子的计算公式；计算步骤：根据不同的计算公式分别计算从而获取不同散射体的结构因子。本发明专利技术还涉及一种SAXS计算中取向体系结构因子的计算系统。本发明专利技术通过上述方法和系统，得到更为稠密取向体系的散射体更为精密的结构因子，从而为利用小角X射线散射SAXS进行有效观测材料介观尺度结构的无损检测提供了更好的数据支持。

A method and system for calculating the structure factor of orientation system in SAXS computing

The invention relates to a calculation method for the calculation of SAXS oriented system structure factors, including the following steps: acquiring the following steps: acquiring the scatterer is SAXS synchrotron radiation light source aspect ratio; determining steps: according to the ratio of length to diameter calculation formula for determining the structure factor of different scatterers; calculation steps: structure according to the factors of different formula were calculated to obtain different scatterers. The invention also relates to a computing system of the orientation system structure factor in SAXS computing. Through the above methods and systems, the obtained more precise structural factors of the scatterers with more dense orientation system are obtained, which provides better data support for the small angle X ray scattering SAXS to effectively observe the mesoscopic scale structure of the material.

【技术实现步骤摘要】
一种SAXS计算中取向体系结构因子的计算方法及系统
本专利技术属于小角X射线散射(SAXS)理论计算领域，尤其涉及一种SAXS计算中取向体系结构因子的计算方法及系统。
技术介绍
小角X射线散射(SAXS)作为有效观测材料介观尺度结构的无损检测方法得到了广泛的应用。它的产生原理为样品内部一至数百纳米范围内电子密度不均匀引起在X射线入射光束很小角度范围内的散射现象。SAXS可以直接测量体相材料，有较好的粒子统计平均性，在化学、化工、材料科学、分子生物学、医药学、凝聚态物理等多学科都有广泛应用。SAXS测试简单，但数据分析较为复杂。现阶段的数据分析可分为两类，第一类为通过散射强度曲线的形状对材料的结构进行分析；另一类为对散射体的形状进行建模，通过散射强度曲线进行计算拟合得到材料的结构信息。但在第二类的数据分析方法中大部分均针对稀松的散射体系进行计算，这是由于当材料内部的散射体密度较低时，可认为散射体之间无相互作用，其结构因子可近似取做1。但在材料研究中大多数情况下材料内的散射体密度均属于稠密体系，此时散射体之间的相互作用不能忽略，其结构因子的计算很复杂，这给SAXS的数据分析带来了巨大的障碍。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种SAXS计算中取向体系结构因子的计算方法，该方法包括下列步骤：获取步骤：获取被SAXS同步辐射光源照射的散射体的长径比；确定步骤：根据所述长径比确定不同散射体的结构因子的计算公式；计算步骤：根据不同的计算公式分别计算从而获取不同散射体的结构因子。进一步地，其中所述散射体为稠密取向体系的纤维结构。进一步地，当所述散射体的长径比较小时，采用等效球方法计算结构因子，其中等效球的半径与所述散射体的椭球体的尺寸之间如公式(1)所示：其中R为等效球的半径，R1，R2，R3为椭球体的三个半轴长，其结构因子的计算公式如公式(3)所示：其中fv是散射体的体积分数，q为散射体矢量，G(fv,R,q)为计算因子，如公式(4)所示：其中的α，β，γ和A为参数，其分别为：A＝2Rq(8)而当所述散射体的长径比较大时，结构因子的计算通过两个椭球体的距离方位确定，首先定义椭球上任意一点的参数坐标表示为y＝R2cos(θ)和z＝R2sin(θ)，得到椭球体之间的距离R后，利用上述公式(3)进行计算得到结构因子。进一步地，通过调整公式(3)中的参数fv能够构造出散射体不同浓度时散射体系的结构因子的大小。本专利技术还提供一种SAXS计算中取向体系结构因子的计算系统，包括下列模块：获取模块：获取被SAXS同步辐射光源照射的所述散射体的长径比；确定模块：根据所述长径比确定不同散射体的结构因子的计算公式；计算模块：根据不同的计算公式分别计算从而获取不同散射体的结构因子。进一步地，其中所述散射体为稠密体系的纤维结构。进一步地，在确定模块中，当所述散射体的长径比较小时，则采用等效球方法计算结构因子，其中等效球的半径与所述散射体的椭球体的尺寸之间如公式(1)所示：其中R为等效球的半径，R1，R2，R3为椭球的三个半轴长，其结构因子的计算公式如公式(3)所示：其中fv是散射体的体积分数，q为散射体矢量，G(fv,R,q)为计算因子，如公式(4)所示：其中的α，β，γ和A为参数，其分别为：A＝2Rq(8)而当所述散射体的长径比较大时，结构因子的计算通过两个椭球体的距离方位确定，首先定义椭球上任意一点的参数坐标表示为y＝R2cos(θ)和z＝R2sin(θ)，得到椭球体之间的距离R后利用上述公式(3)进行计算得到结构因子。进一步地，通过调整公式(3)中的参数fv能够构造出散射体不同浓度时散射体系的结构因子的大小。本专利技术的有益效果：本专利技术为研究稠密取向体系的SAXS计算方式，此时体系的结构因子不等于1，以硬球势来计算体系的结构因子；对于稠密取向体系，其结构因子按两种情况进行分析，一种为假设长径比较小时，一种为长径比较大时；在稠密取向体系中散射体长径比不大时，其结构因子的计算采用等效球的方法进行计算；在稠密取向体系中散射体长径比非常大时，其结构因子的计算通过两个椭球体的距离方位确定；利用等效球方法进行结构因子计算时，采用Percus推导的结构因子计算方法进行计算；利用椭球体距离方位进行结构因子计算时，因椭球体具有旋转对称性，所以不考虑x方向的参数坐标，只需考虑y和z两个方向的参数坐标影响，并利用Percus推导结构因子计算方法进行计算。本专利技术根据散射体的长径比的不同建立稠密取向体系的SAXS结构因子的精确计算公式，得到更为稠密取向体系的散射体更为精密的结构因子，从而为利用小角X射线散射(SAXS)进行有效观测材料介观尺度结构的无损检测提供了更好的数据支持。附图说明图1为本专利技术所示的方法流程图；图2为本专利技术所示的系统结构框图；图3为本专利技术所示的等效球近似示意图；图4本专利技术所示的椭球体之间距离的示意图；图5为本专利技术所示的不同散射体浓度下的结构因子二维谱图；图6为本专利技术所示的不同散射体浓度下二维结构因子谱图水平方向强度曲线的变化图；图7为本专利技术的所示的散射体长径比不同时结构因子的二维谱图；图8为本专利技术所示的散射体长径比不同时二维结构因子谱图垂直方向强度曲线的变化图；图9为本专利技术所示的散射体长径比不同时二维结构因子谱图水平方向强度曲线的变化图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本专利技术并不局限于附图和以下实施例。如图1所示，一种散射体结构因子的计算方法，应用于小角X射线散射SAXS领域，包括以下步骤：获取步骤，首先获取被SAXS同步辐射光源照射的所述散射体的长径比；确定步骤：根据所述长径比确定不同散射体的结构因子的计算公式；计算步骤：根据不同的计算公式分别计算从而获取不同散射体的结构因子。其中，所述散射体为稠密体系的纤维结构。对于高性能纤维而言，由于特殊的制备工艺——高倍牵伸，内部的散射体一般都高度取向。根据该特点，本专利技术以硬球势来计算散射体之间的结构因子。第一种情况假设长径比较小，第二种情况假设长径比较大，下面分两部分进行讨论。需要指出的是，长径比指的就是物体的长度与半径的比值，在SAXS系统中，通常来说，实验者基于对自己进行实验的实验体系的了解，再通过SAXS同步辐射光源光斑的分析，实验者对于散射体的长径比的比值会有基本的判断，当然散射体的长径比也可以通过TEM或SEM的电镜观测手段来测量。进一步地，在不同的实验体系中，由于采取不同的材料，散射体的长径比有所不同，对于散射体长径比的数值的大小，是根据材料的特性来进行区分的，不同材料的长径比即使数值相同，也可能被认为是一种材料中较大的长径比，而却是另一种材料中较小的长径比。当所述散射体的长径比较小时，采用等效球方法计算结构因子，等效球的半径与椭球体的尺寸之间如公式(1)所示：其中R为等效球的半径，R1，R2，R3为椭球的三个半轴长。对于一个R1＝R2＝20,R3＝25的椭球，可以等效为一个R＝21.54的球体。在此种情况下，等效球之间不能重叠，等效球之间的相互作用w(r)可写为：w(r)＝0forr≥2Rw(r)＝∞forr＜2R(2)基于上述假设，Percus在1958年推导出了球状粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SAXS计算中取向体系结构因子的计算方法，其特征在于，包括下列步骤：获取步骤：获取被SAXS同步辐射光源照射的所述散射体的长径比；确定步骤：根据所述长径比确定不同散射体的结构因子的计算公式；计算步骤：根据不同的计算公式分别计算从而获取不同散射体的结构因子。

【技术特征摘要】
1.一种SAXS计算中取向体系结构因子的计算方法，其特征在于，包括下列步骤：获取步骤：获取被SAXS同步辐射光源照射的所述散射体的长径比；确定步骤：根据所述长径比确定不同散射体的结构因子的计算公式；计算步骤：根据不同的计算公式分别计算从而获取不同散射体的结构因子。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述散射体为稠密体系的纤维结构。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中在确定步骤中，当所述散射体的长径比较小时，采用等效球方法计算结构因子，其中等效球的半径与所述散射体的椭球体的尺寸之间如公式(1)所示：其中R为等效球的半径，R1，R2，R3为椭球的三个半轴长，其结构因子的计算公式如公式(3)所示：其中fv是散射体的体积分数，q为散射体矢量，G(fv,R,q)为计算因子，如公式(4)所示：其中的α，β，γ和A为参数，其分别为：A＝2Rq(8)当所述散射体的长径比较大时，结构因子的计算通过两个椭球体的距离方位确定，首先定义椭球上任意一点的参数坐标表示为y＝R2cos(θ)和z＝R3sin(θ)，得到椭球体之间的距离R后利用上述公式(3)进行计算得到结构因子。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，其中通过调整公式(3)中的参数fv能够构造出散射体不同浓度时散射体系的结构因子的大小。...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱才镇，海洋，李冬至，赵宁，徐坚，
申请(专利权)人：深圳大学，中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44