同步辐射XAFS和XRD协同用于高熵合金的研究应用
同步辐射XAFS和XRD协同用于高熵合金的研究应用
高熵合金（HEAs）以其独特的多主元设计和优异的性能潜力成为前沿材料研究热点。揭示其构效关系需要跨越多个空间尺度解析结构特征，其中局域原子环境的精准探测尤为关键。
1. 揭示局域原子结构与相变机制
局域晶格畸变与化学短程序（C-SRO）分析
同步辐射XAFS可探测原子尺度配位环境（键长、配位数），而XRD提供长程晶体结构信息。例如：
在CrCoNi中熵合金和CrMnFeCoNi HEAs中，XAFS发现Cr原子周围存在明显局域晶格收缩（键长缩短约0.05–0.10 Å），同时XRD确认了面心立方（FCC）主相。这种协同分析揭示了局部畸变与宏观相稳定性的关联。
高压下HEAs的相变研究：结合原位高压XRD与XAFS，证实FCC→HCP相变由电子结构重排驱动（如d带中心偏移），而非单纯应力作用。
掺杂元素的局域环境解析
通过元素特异性XAFS分析掺杂原子的价态与配位对称性：
AlₓCoCrFeNiCu HEA中，XRD显示Al含量增加诱导FCC→BCC相变（如x=1.5时BCC相占比提升），而Al的K边XAFS表明Al原子倾向于四面体配位，解释了相变动力学。
2. 动态过程原位表征
非平衡凝固行为研究
利用同步辐射XRD追踪AlₓCoCrFeNi（x=0.3, 1）合金的凝固路径：
XRD确认初级相为FCC固溶体，而XAFS验证熔体中存在Al/Al团簇，解释了成分起伏对非平衡相选择的影响
凝固相变动态
高温氧化与腐蚀机制
在AlCrCuFeMoNbₓ涂层中：
XRD识别表面氧化物相（如α-Al₂O₃, CrNbO₄），XAFS则揭示Cr的价态跃迁（Cr³⁺→Cr⁶⁺）加速氧化膜破裂，阐明了Nb含量提升抗氧化性的电子机制。
3. 多相异质结构关联分析
共晶HEAs的强化机制
在Al₁.₂CoCrFeNi₁.₅中：
XRD定位FCC/BCC双相（FCC相比例≈60%），而Fe的K边EXAFS显示FCC相中键长分布更离散，证明界面应变场是强韧化主因。
双相结构特征
4. 跨尺度建模与机器学习预测
结构-性能关联数据库构建
高通量XRD+XAFS技术加速HEAs筛选：
旋转样品台设计实现粉末样品XRD/XAFS同步采集（±5°振荡），单次实验获取结构因子与局域畸变量。
为AlCuCrFeNi合金构建XRD指纹图谱，并联合Fe的EXAFS震荡振幅训练TNEC模型，相分类精度达。、
结论与局限
协同应用的核心价值在于：
尺度衔接：XRD（长程≥1 nm）与XAFS（短程≤0.5 nm）覆盖完整结构层次；
元素分辨：XAFS靶向特定元素（如掺杂剂、微量组分）；
动态响应：同步辐射光源支持原位极端条件实验。