Name: synchrotron x-ray microdiffraction and fluorescence imaging of mineral and rock samples
Uploaded: 2018-06-19T15:00:00
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이 연구는 미상 사무실의 과학 사용자 시설 계약에 따라 더 빛 고급 소스의 리소스를 사용 합니다. 드-AC02-05CH11231입니다. 우리 또한 박사 L. Dobrzhinetskaya 및 moissanite 샘플 기여에 대 한 E. O'Bannon, 그녀의 올리브 달팽이 껍질 데이터에 대 한 C. 스튜어트, 올리브 달팽이 껍질을 준비 하기 위한 헤 쉔 및 G. 주와 교수 K. 첸 올리브 달팽이에 EDS 측정에 대 한 인정을 하 고 싶습니다. 포탄입니다.

1. Beamline 및 데이터 수집을 설정합니다
참고: 교정 표준 및 샘플 수집 됩니다 같은 방식 처리 방법에 누워 주요 차이점.
<ol><li>샘플을 탑재 하 고 실험 허 치 닫습니다.
	<ol>
<li>운동학 적 기지의 상반신에 샘플을 첨부 ( 재료의 표참조) 등 ROI가 세로 그 기지에 상대에 의해 난민 적어도 15 m m. 참고: 표준 블록 샘플 < 20 m m 두께 함께 사용 하기 위해 beaml...

<ol>
	<li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+synchrotron+study+of+defect+and+strain+inhomogeneity+in+laser-assisted+three-dimensionally-printed+Ni-based+superalloy.">A synchrotron study of defect and strain inhomogeneity in laser-assisted three-dimensionally-printed Ni-based superalloy.</a> Applied Physics Letters. 107 (18), 181902 (2015).</li><li>Zhou, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+microstructure+imaging+by+Laue+microdiffraction:+A+sample+application+in+laser+3D+printed+Ni-based+superalloys.">Real-time microstructure imaging by Laue microdiffraction: A sample application in laser 3D printed Ni-based superalloys.</a> Scientific Reports. 6, 28144 (2016).</li><li>Tippabhotla, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synchrotron+X-ray+Micro-diffraction+-+Probing+Stress+State+in+Encapsulated+Thin+Silicon+Solar+Cells.">Synchrotron X-ray Micro-diffraction - Probing Stress State in Encapsulated Thin Silicon Solar Cells.</a> Procedia Engineering. 139, 123-133 (2016).</li><li>Xu, C. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elemental+Topological+Dirac+Semimetal:+&#945;-Sn+on+InSb(111)+.">Elemental Topological Dirac Semimetal: &#945;-Sn on InSb(111) .</a> Phys Rev Lett. 118 (14), 146402 (2017).</li><li>Chen, X., Tamura, N., MacDowell, A., James, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-situ+characterization+of+highly+reversible+phase+transformation+by+synchrotron+X-ray+Laue+microdiffraction.">In-situ characterization of highly reversible phase transformation by synchrotron X-ray Laue microdiffraction.</a> Appl Phys Lett. 108 (21), 211902 (2016).</li><li>Zhou, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversal+in+the+Size+Dependence+of+Grain+Rotation.">Reversal in the Size Dependence of Grain Rotation.</a> Phys Rev Lett. 118 (9), 096101 (2017).</li><li>Stan, C. V., Beavers, C. M., Kunz, M., Tamura, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=X-Ray+Diffraction+under+Extreme+Conditions+at+the+Advanced+Light+Source.">X-Ray Diffraction under Extreme Conditions at the Advanced Light Source.</a> Quantum Beam Science. 2 (1), 4 (2018).</li><li>Chen, K., Kunz, M., Tamura, N., Wenk, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Residual+stress+preserved+in+quartz+from+the+San+Andreas+Fault+Observatory+at+Depth.">Residual stress preserved in quartz from the San Andreas Fault Observatory at Depth.</a> Geology. 43 (3), 219-222 (2015).</li><li>Chen, K., Kunz, M., Tamura, N., Wenk, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+for+high+stress+in+quartz+from+the+impact+site+of+Vredefort,+South+Africa.">Evidence for high stress in quartz from the impact site of Vredefort, South Africa.</a> Eur J Mineral. 23 (2), 169-178 (2011).</li><li>Jackson, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Material+and+Elastic+Properties+of+Al-Tobermorite+in+Ancient+Roman+Seawater+Concrete.">Material and Elastic Properties of Al-Tobermorite in Ancient Roman Seawater Concrete.</a> J Am Ceram Soc. 96 (8), 2598-2606 (2013).</li><li>Jackson, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phillipsite+and+Al-tobermorite+mineral+cements+produced+through+low-temperature+water-rock+reactions+in+Roman+marine+concrete.">Phillipsite and Al-tobermorite mineral cements produced through low-temperature water-rock reactions in Roman marine concrete.</a> Am Mineral. 102 (7), 1435-1450 (2017).</li><li>Gilbert, P. U. P. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nacre+tablet+thickness+records+formation+temperature+in+modern+and+fossil+shells.">Nacre tablet thickness records formation temperature in modern and fossil shells.</a> Earth Planet Sc Lett. 460, 281-292 (2017).</li><li>Mass, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amorphous+calcium+carbonate+particles+form+coral+skeletons.">Amorphous calcium carbonate particles form coral skeletons.</a> P Natl Acad Sci. 114 (37), E7670-E7678 (2017).</li><li>Marcus, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parrotfish+Teeth:+Stiff+Biominerals+Whose+Microstructure+Makes+Them+Tough+and+Abrasion-Resistant+To+Bite+Stony+Corals.">Parrotfish Teeth: Stiff Biominerals Whose Microstructure Makes Them Tough and Abrasion-Resistant To Bite Stony Corals.</a> ACS Nano. 11 (12), 11856-11865 (2017).</li><li>Kunz, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+dedicated+superbend+x-ray+microdiffraction+beamline+for+materials,+geo-,+and+environmental+sciences+at+the+advanced+light+source.">A dedicated superbend x-ray microdiffraction beamline for materials, geo-, and environmental sciences at the advanced light source.</a> Rev Sci Instrum. 80 (3), 035108 (2009).</li><li>Beckhoff, B., Kanngie&#223;er, B., Langhoff, N., Wedell, R., Wolff, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Practical X-Ray Fluorescence Analysis. , (2007).</li><li>Tamura, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=XMAS:+A+Versatile+Tool+for+Analyzing+Synchrotron+X-ray+Microdiffraction+Data.">XMAS: A Versatile Tool for Analyzing Synchrotron X-ray Microdiffraction Data.</a> Strain and Dislocation Gradients from Diffraction. , 125-155 (2014).</li><li>Dobrzhinetskaya, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moissanite+(SiC)+with+metal-silicide+and+silicon+inclusions+from+tuff+of+Israel:+Raman+spectroscopy+and+electron+microscope+studies.">Moissanite (SiC) with metal-silicide and silicon inclusions from tuff of Israel: Raman spectroscopy and electron microscope studies.</a> Lithos. , (2017).</li><li>Thibault, N. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphological+and+structural+crystallography+and+optical+properties+of+silicon+carbide+(SiC):+Part+II:+Structural+crystallography+and+optical+properties.">Morphological and structural crystallography and optical properties of silicon carbide (SiC): Part II: Structural crystallography and optical properties.</a> American Mineralogist. 29 (9-10), 327-362 (1944).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electron Backscatter Diffraction in Materials Science. , (2009).</li></ol>

우리는 ALS beamline 12.3.2에서 결합 된 x 선 회절과 결정 샘플의 XRF 분석 하는 방법을 제시. Laue 회절, 분말 회절도 XRF 동안 스스로 새로운 방법, beamline 12.3.2 결합 그들로 미크론 규모 x 선 빔 크기, 검출기 노출 트리거, 및 포괄적인 상관 스캐닝 단계 시스템 분석 실험 실험실 계기에 가능 하지 않을 것을 허용 하는 소프트웨어. beamline에 광자 속은 몇 배나 실험실 계기에 달성 보다 높은입니다. 또한, 일?...

크리스탈 샘플 자주 미크론 규모에이 표시합니다. Geoscience에서 미네랄, 그들의 결정 구조 및 2D 시스템에서의 위상 관계 식별 물리학 및 화학의 특정 시스템을 이해 하기 위한 중요 한 고 공간 해결, 양적 기법을 요구 한다. 예를 들어 미네랄 간의 관계 지역화 된 2D 영역 내에서 위상 분포에 따라 시험 될 수 있다. 이 역사와 바위 신체 내에서 발생 한 수 있습니다 화학 상호 작용에 대 한 의미를 가질 수 있습니다. 또는, 단일 광물 소재 구조는 시험 될 수 있다; 이 변형 미네랄 되었을 수도 있습니다 나는 현재 대상이 되 고 (예: 다이아몬드 모 루 세포 같은 장치와 함께 현장에서 변형 실험의 경우)의 종류를 결정할 수 있습니다. Geoscience, 이러한 분석 종종 에너지 또는 파장 흩어진 엑스레이 분광학 (E/WDS)와 전자 후방 산란 회절 (EBSD) 스캐닝 전자 현미경 (SEM)의 조합을 사용 하 여 수행 됩니다. 그러나, 샘플 준비 어려울 수 있습니다, 광범위 한 연마 및 진공 측정을 위해 장착. 또한, EBSD는 항상 융기, 침식, 또는 압축 경험 있을 수 있는 지질 자료의 경우는 비교적 unstrained 결정 필요 표면 기술입니다.
2D x 선 microdiffraction 및 XRF 매핑을 사용 하 여 공간 해결 특성화는 ALS의 beamline 12.3.2에서 사용할 수 있는 크리스탈 크기의 규모에는 단일 또는 다중 위상 시스템의 큰 지역 지도 만드는 빠르고 간단한 방법 한 수백 미크론 (의 경우 다 결정 견본) 몇 나노미터 이 메서드는 다른 일반적으로 사용 되는 기술에 비해 많은 장점이 있습니다. Microdiffraction 샘플과 주변 조건에서 측정 될 수 있다 따라서 하지 않아도 특별 한 준비 없이 진공 챔버로 EBSD, 다른 2D 크리스탈 매핑 기술을 달리. Microdiffraction는 그 어떤 심각한 긴장 또는 플라스틱 개 악 경험 뿐만 아니라 깨끗 한 결정을 위해 적당 하다. 샘플 같이 얇은 섹션 또는 일반적으로 시험 된다, 에폭시에 포함 된 자료는 불변 바위 또는 곡물. 데이터 수집, Laue 회절에 대 한 일반적으로 미만 0.5 s/픽셀 보다 작은 1 분/픽셀 분말 회절에 대 한 빠르고 XRF에 대 한 미만 0.1 s/픽셀입니다. 로컬 저장소에 일시적으로 그리고 더 영구적으로 국가 에너지 연구 과학적인 계산 (NERSC) 센터, 그것은 쉽게 다운로드 하는 데이터는 로컬로 저장 됩니다. 20 분 미만에 있는 NERSC 클러스터 또는 로컬 클러스터에 회절에 대 한 데이터 처리를 수행할 수 있습니다. 그러면 데이터 수집 및 분석, 빠른 처리와 큰 지역 측정 짧은 동안 실험실 계기에 비해 시간의 기간.
이 방법은 다양 한 응용 프로그램 및 사용 되었습니다 광범위 하 게, 특히 재료 과학 및 공학, 3D 인쇄에서 모든 것을 분석 금속1,2, 태양 전지 패널 변형3, 변형 토폴로지 자료4, 메모리 합금 단계5, nanocrystalline 물자6,7의 고압 동작을 전환합니다. 다양 한 석 영 샘플8,9 화산 cementitious 프로세스10,11, 그리고 또한 aragonite에 방해석 등 biominerals의 스트레인의 분석을 포함 하는 최근 geoscience 프로젝트 포탄과 산호12,13 또는 치아14, 그리고 운 석 단계 유통, 새로운 무기물의 무기물 구조 식별에 대 한 추가 연구에서 인회석 및 고압에 플라스틱 개 악 응답 실리 카는 또한 수집 되었습니다. Beamline 12.3.2에서 사용 하는 기술 샘플, 광물 또는 petrological 지역 사회에서 사람에 게 관련의 광범위 한 범위에 적용 됩니다. 여기 우리 beamline 12.3.2, 및 geoscience 필드에 결합된 XRF 및 라우에/분말 microdiffraction 기술의 유용성을 입증 하기 위해 현재 여러 응용 프로그램에 대 한 데이터 수집 및 분석 프로토콜을 설명 합니다.
실험의 세부 사항에 나가기 전에, 그것은 끝 역의 설치 논의 밀접 한 관계 (참조 그림 1 과 그림 4 Kunz 외. 15). x 선 빔 저장 링을 종료 하 고 원환형 미러 (M201) 어떤의 목적은 실험 허 입구에 소스 촛점을 사용 하 여 감독 이다. 그것은 전달 롤 슬릿의 집합을 통해 기능 보조 소스 지점으로 합니다. 그것은 (또는 아닙니다) monochromatized 다음은 실험 종류에 따라 전에 슬릿의 두 번째 집합을 통해 전달 하 고 캠프 바에즈 (KB) 거울의 세트에 의해 미크론 크기에 집중 되고있다. 광선은 다음 그 신호 빔 강도 결정 하는 데 사용은 이온 챔버를 통해 전달 합니다. 이온 챔버에 연결 된 검출기에 impinging에서 흩어져 신호를 차단 하는 홀이 이다. 집중된 광선 다음 샘플을 발생할 수 있습니다. 샘플 8 모터의 구성 된 무대 위에 배치: 거친 (아래) x, y, z 모터, 벌금 (위) x, y, z 모터의 1 세트 및 2 개의 회전 모터 (Φ, χ)의 1 세트. 3 광학 카메라로 구상 될 수 있다: 하나 하나 높은 확대/축소, 이온 챔버의 상단에 배치 하는 낮은 확대/축소에서 평면에 배치 된 x 선 빔 및 두 번째 높은-줌 카메라를 약 45 ° 각도 t에 관하여 90 ° 각도에 배치 그는 엑스레이 광속. 이 마지막 것에 가장 적합 한 샘플을 수직 방향 (예: 전송 모드 실험), 이미징 pinhole에 연결 된 쐐기 모양의 거울을 사용 하 여 수행 됩니다. X 선 회절 검출기는 큰 회전 무대에 있으며 각도 검출기의 수직 변위를 제어할 수 있습니다. XRF를 수집 하는 실리콘 드리프트 검출기 존재 이기도 합니다. 샘플 관심 (ROI) 노출된 영역 평면 (마이크론 단위)에 어떤 방식으로 준비 하 고 발견 하거나 수 더 이상 ~ 50-100에서 x 선 구체의 테이프와 같은 투명 한 물자의 µ m.
아래 설명한 반사 기하학, 그리고 z 방향은 정상 샘플을 x와 y는 각각 가로 및 세로 스캔 방향 가정 실험을 설명 합니다. 그러나 무대와 검출기 시스템의 유연성 때문에, 몇 가지 실험에서에서 수행 전송 형상, 어디 x와 z 방향은 수평 및 수직 스캔 방향, y는 직접에 평행 빔 (잭슨 참조 그 외 여러분 10 , 11)입니다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="784">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">ThorLabs KB3x3 kinematic base, top half</td>
			<td style="width:213px;">ThorLabs</td>
			<td style="width:119px;">KBT3X3</td>
			<td style="width:167px;">Several of these bases are available for borrowing. The base must be the imperial and not the metric type, otherwise it will not properly fit on the stage.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Scotch double sided tape</td>
			<td style="width:213px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Available at any office supply store, and also at the beamline</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Polyimide/Kapton tape</td>
			<td style="width:213px;">Dupont</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Several widths are commercially available. Any width that is enough to cover the sample is fine.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Samples</td>
			<td style="width:213px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Provided by user, site of interest should be polished if larger mapping is desired.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Software: XMAS</td>
			<td style="width:213px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Downloadable here https://sites.google.com/a/lbl.gov/bl12-3-2/user-resources</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Software: IDL 6.2</td>
			<td style="width:213px;">Harris Geospatial Solutions</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">X-ray Diffraction Detector</td>
			<td>DECTRIS Pilatus 1M&#160;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>hybrid pixel array detector</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Huber stage</td>
			<td style="width:213px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>stage for detector</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Vortex silicon drift detector&#160;</td>
			<td style="width:213px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>silicon drift detector</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">IgorPro v. 6.37</td>
			<td style="width:213px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Plotting software</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synchrotron x-ray microdiffraction and fluorescence imaging of mineral and rock samples

이 보고서에 수집 하 고 x 선 microfluorescence (μXRF), 그리고 라우에 처리에 대 한 자세한 절차 설명 및 분말 microdiffraction 2 차원 (2D) beamline 12.3.2의 고급 라이트 소스 (ALS), 로렌스 버클리 국립에서 지도 실험실입니다. 10 보다 작은 모든 샘플에서 측정을 수행할 수 있습니다 cm x 10 cm x 5 cm, 평면 노출 표면. 실험적 기하학 표준 물질 (원소 표준 XRF, 및 회절에 대 한 시, 석 영, 또는 Al2O3 등 크리스탈 샘플에 대 한)를 사용 하 여 보정 됩니다. 샘플 x 선 microbeam의 초점에 맞춰진 다 고 래스터 스캔 수행, 지도의 각 픽셀 한 측정, 예를 들어, 하나의 XRF 스펙트럼 또는 하나의 회절 패턴에 해당 하는 곳. 데이터 후 크리스마스, 각 행 픽셀 위치에 해당 하는 텍스트 파일을 출력 하는 사내 개발된 소프트웨어를 사용 하 여 처리 됩니다. Moissanite 올리브 달팽이 껍질에서 대표적인 데이터 데이터 품질, 수집, 및 분석 전략에 제공 됩니다.

라우에 Microdiffraction
최근 측정 및 분석 자연 moissanite (SiC) 샘플18에서 수행 되었다. 한 조각의 응회암 다음 잘라 고 노출 투자 수익으로는 에폭시 플러그에 포함 된 샘플에 의하여 이루어져 있다. 3 moissanite 곡물 광학 현미경, 라만 분광학 (그림 1a)를 사용 하 여 확인 되었다. ?...

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Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

빠른 2 차원 x 선 형광 및 x 선 microdiffraction 매핑 라우에 (색채 방사선) 또는 분말 (단색 방사선) 회절을 사용 하 여 단일 결정 또는 분말 샘플의 수행을 의미 beamline 설치를 설명 합니다. 결과 지도, 방향, 위상 분포, 긴장과 플라스틱 개 악에 대 한 정보를 제공합니다.

싱크 로트 론 엑스레이 Microdiffraction 및 광물 및 암석 샘플의 형광 이미징

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder ...

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