重磅發布｜突破傳統XRD局限的科研利器

應用分享- 布魯克D8高能解決方案

布魯克X射線部門 孟璐

高能衍射拓展了材料研究的全新邊界，突破傳統銅靶 X 射線衍射設備的性能局限。該技術采樣深度更大、倒易空間覆蓋范圍更廣，搭配高效探測器、多樣化樣品環境模塊與專業軟件套件，可在貼近真實工況條件下表征各類實際材料 —— 從簡易粉末樣品，到完整組裝器件（如鋰電池電芯）均可實現測試。

依托D8 ADVANCE HE與 D8 DISCOVER HE 兩款設備，高能 X 射線衍射成為適配多領域研究的全能工具，助力科研人員觀測更多微觀結構、開展多元實驗、深度解析材料本質。

一、突破傳統 X 射線衍射的局限

揭示更透徹

采用鉬靶（Mo）或銀靶（Ag）X 射線光源，可觀測傳統 X 射線衍射無法捕捉的微觀結構。短波長 X 射線能夠穿透復雜樣品腔體實現無損檢測；同時可采集高 Q 區間數據，提升實空間解析精度，捕捉細微結構特征。

搭配更靈活  

D8 整機平臺大幅兼顧拓展性：搭配高效碲化鎘（CdTe）探測器與專門高能光學組件，再輔以種類齊全的樣品臺與非常溫環境模塊，用戶可按需定制設備，適配幾乎絕大多數衍射實驗需求。

解析更深入  

整套儀器搭載一體化軟件系統，將海量散射原始數據轉化為清晰直觀的微觀結構結論。軟件內置簡易自動化操作流程，同時具備高級建模與精修功能，可高效提取、分析、解讀復雜測試數據集。

二、先進結構分析優化

拓展研究邊界——高能晶體學

材料科學領域中，X 射線晶體學是揭示原子結構如何影響材料性能的重要手段。短波長毛細管衍射測試可大幅降低原子坐標與位移的計算誤差，還原更精確的晶體結構。高能光源可采集 Q 值遠超 8 ??1 的完整數據，是對分布函數（PDF）解析局域微觀結構的關鍵基礎。

▲圖1 非晶SiO2原始衍射數據及PDF數據

讓每一粒光子都發揮價值

LYNXEYE HE detector 

·       風冷式碲化鎘傳感芯片，無需水冷

·       對銅、鉬、銀靶 X 射線檢測效率均超 99%

·       自研證書重要技術（證書申請中）

·       穩定可靠探測條，品質保障

EIGER2 R CdTe 500K

·       市面規格大尺寸的 XRD 專門碲化鎘探測器     

·       對銅、鉬、銀靶 X 射線檢測效率＞99%     

·       支持 0D、1D、2D模式，可分步掃描、連續采集、快照式快速成像

專為高能射線優化

碲化鎘傳感器對高能 X 射線阻擋能力業內行業前沿水準，信號強度高可提升至傳統硅基探測器的 4 倍。

拓展可研究范圍

超越理想樣品  

高能X射線的深入穿透能力，使得在傳統系統難以實現的真實樣品環境中開展衍射實驗成為可能。對于完整器件和復雜裝置——例如在充放電循環過程中的鋰離子電池，或在高溫下的催化劑——均可進行無損研究，同時不損害數據質量。這種擴展的實驗能力支持了在真實工作條件下進行的操作中（operando）和時間分辨的研究。

三、獲取超越傳統 XRD 的結構信息

深度解析全流程：方案設計→樣品測試→數據解析

全套模塊化工具，實現簡易數據采集與專業分析一體化。

·       實驗方案設計：WIZARD 向導分步指引，從常規粉末衍射掃描到帶溫度程序的復雜電化學原位測試均可一鍵配置。

·       測試執行：通過 START JOBS 任務界面批量運行，支持表格視圖一鍵管控、按鈕啟停；也可通過功能強、操作直觀的 COMMANDER 主控界面自由調度，靈活性拉滿。

·       數據存儲：所有測試結果統一存入 RESULTS MANAGER 數據庫，同步存儲衍射圖譜、設備參數、用戶自定義設置等完整元數據；也可單獨導出文件，用于離線深度分析與二次處理。

捕捉微觀隱藏細節

更精確的晶體結構精修

高能射線在無機材料晶體學表征中具備多重優勢：短波長可分辨更小晶面間距；同時降低樣品吸收與熒光干擾，背景噪音更低、信噪比明顯提升。

無定形材料結構解析

借助 PDF 對分布函數分析，可直觀觀測無定形材料短程原子排布，用于結構定性定量評估。以 ZIF-62 金屬有機框架玻璃為例：PDF 圖譜證實材料內四面體配位金屬陽離子網絡完整保留，但長程周期性晶體結構消失，直接影響材料孔隙性能。（對比結晶態 ZIF-62 與無定形 ZIF-62 結構模型）

無序材料表征

晶體微小畸變會衍生獨特材料性能；結合 PDF 局域結構與倒易空間數據同步精修，可清晰區分 LiMn?O?材料的短程有序與長程有序差異。

晶體結構模型由 VESTA 軟件繪制，引用文獻：K. Momma & F. Izumi, VESTA 3 晶體、體數據與形貌三維可視化軟件，《應用晶體學雜志》, 2011, 44, 1272-1276

深入工況內核

真實工況下電池性能表征

可對完整電池組件開展溫度充放電原位測試。高能 X 射線可穿透集流體與電池外殼，在充放電循環過程中同步觀測正、負極材料微觀演變。

▲0℃、25℃、50℃下 NMC 三元鋰電池衍射圖譜

衍射技術覆蓋多類應用場景

D8 ADVANCE HE和 D8 DISCOVER HE 的高能XRD技術已全方面集成到 D8 平臺中，可與各類衍射應用無縫結合。  

從緊湊型臺式機型到全模塊化落地式設備，全系共享統一重要技術、一體化軟件與成熟應用方案，保證操作流程統一、性能可拓展，適配未來持續升級的分析需求。

所有設備均享受布魯克整機對位校準質保，每一次測試數據均穩定可靠。

D8 DISCOVER：多功能旗艦機型，前沿領域科研優先選擇

D8 ADVANCE：通用多功能機型，適配長期迭代升級

-轉載于《布魯克X射線部門》公眾號