CN117740753A - 拉曼衍射联用原位表征系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开拉曼衍射联用原位表征系统，包括旋转平台、样品架、X射线组件、第一探测器、拉曼光路组件，样品架连接所述旋转平台中心处的固定板，X射线组件与第一探测器连接旋转平台的旋转板上并与样品架形成X射线衍射光路，拉曼光路组件能够沿垂直X射线衍射光路方向调节的位于所述样品架的上方，拉曼光路组件与样品架形成拉曼光路，X射线衍射光路与拉曼光路在样品架处交叉。本发明还公开拉曼衍射联用原位表征系统的检测方法。本发明的有益效果：基于X射线光源和激光拉曼的联用系统，能够实现各类研究目标体系在真实工况环境下的同步测试，实现目标研究体系在真实工况条件下的材料结构相变、微分子振动等全方面的结构演变信息。

Description

拉曼衍射联用原位表征系统及检测方法

技术领域

本发明涉及一种光谱表征技术领域，尤其涉及的是一种拉曼衍射联用系统。

背景技术

自1912年劳厄等发现硫酸铜晶体的衍射现象的100年间，X射线衍射这一重要探测手段在人们认识自然、探索自然方面，特别在凝聚态物理、材料科学、生命医学、化学化工、地学、矿物学、环境科学、考古学、历史学等众多领域发挥了积极作用。

XRD全称X射线衍射(X-Ray Diffraction),利用X射线在晶体中的衍射现象来获得衍射后X射线信号特征,经过处理得到衍射图谱。通过X射线衍射技术对各个领域内的物质进行物相鉴定，并进行各类定性分析和定量分析；根据结晶相的衍射图谱面积与非晶相图谱面积来测定物质的结晶性等。总而言之，X射线衍射技术已经成为最基本、最重要的一种结构测试手段。

与此同时，拉曼光谱技术则是利用物质分子在单色光照射下产生拉曼散射时的拉曼散射强度和拉曼位移相关性，分析试样分子的振动或转动能级，从而来了解分子结构。传统上，粉末X射线衍射(pXRD)和拉曼光谱等技术已被用于研究材料的晶体结构。使用pXRD，可以确定a-b和c方向上的相干衍射畴的尺寸。这些被认为代表了材料内完全结晶区域的平均晶粒宽度LA和平均晶粒高度LC。另一方面，拉曼光谱仪则是一种可用于研究物质的分子振动和晶格振动的仪器。它基于拉曼散射现象，通过测量样品中散射光的频移和强度，可以提供有关于样品结构、化学成分和物理性质的信息。使用拉曼光谱可以确定材料中晶体缺陷之间的距离。结晶边缘也可被视为缺陷。因此，如果假设材料主要包括小晶粒，则缺陷间距离将与晶粒宽度LA相关。拉曼光谱仪通常由以下几个主要部分组成：激光器、光学系统、样品室、探测器、光谱仪系统等关键部件。现代的商业拉曼光谱仪通常采用光纤耦合和光栅色散技术，实现高灵敏度和高分辨率的测量。使用拉曼光谱仪可以进行很多应用，包括材料科学、化学分析、药物研发、环境监测等领域。它具有非侵入性、无需样品前处理、高灵敏度和高分辨率等优点，可以提供丰富的结构和成分信息，帮助科学家深入了解材料的性质和反应机理。

随着现代科学的发展进步，研究人员对于基础研究的深度与广度都在不断拓展，已经从以前的单一模型慢慢的向各种实际工况条件下的实际样品进行分析、研究。考虑到真实工况条件下，物质的性质和行为往往受到多种物理或化学场的共同作用，单一的表征手段难以全面反映材料的特性。如XRD主要针对的具有长程结构的晶体样品，无定型和非晶态样品无法获取相应的结构，同样的拉曼表征则主要针对的是分子结构变化，同样对于各类金属材料或不具备分子振动的其他材料则无法提供有效信息。但在一个动态结构研究中，物质的形态结构变化往往是连续、多变的，涉及到的材料结构、形态均有可能发生很大的变化。以工业催化中的沸石体系为例，由于沸石形成过程的复杂性，利用单独的拉曼光谱仪或XRD表征，显然就无法有效的获取到非晶态到晶态的复杂转变。

因此，可以考虑通过多场耦合表征技术，如X射线衍射和拉曼表征技术的组合研究来综合分析它们之间的相互作用，从而获得更全面、准确的材料性质描述。此外，组合研究也同时需要快速筛选技术来测试和评估材料库中成分、结构和性质的变化。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息已构成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决单一的表征手段难以全面反映材料的特性的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

拉曼衍射联用原位表征系统，包括旋转平台、样品架、X射线组件、第一探测器、拉曼光路组件，所述样品架连接所述旋转平台中心处的固定板，所述X射线组件与所述第一探测器连接所述旋转平台的旋转板上并与所述样品架形成X射线衍射光路，所述拉曼光路组件能够沿垂直X射线衍射光路方向调节的位于所述样品架的上方，所述拉曼光路组件与样品架形成拉曼光路，X射线衍射光路与拉曼光路在样品架处交叉。

本发明样品架、X射线组件、第一探测器、拉曼光路组件集成在一个旋转平台上，可以同时或依次测量来自同一样品或样品区域的X射线衍射图案和拉曼光谱，因此，本发明的光路由X射线衍射光路和拉曼光路组成；本发明为了匹配整个系统中两种探测模式的同时性，该系统单独设计了拉曼光路，相比于现有商用拉曼光路，本发明中的拉曼光路结构设计简洁、高效。本发明基于实验室X射线光源的衍射、散射等技术手段，能够实现常规实验室中一般样品的秒级时间分辨能力，同时拥有足够的物理空间能够适配多种不同环境条件的原位反应测试装置。与此同时，匹配上激光拉曼的联用系统，能够实现各类研究目标体系在真实工况环境下的同步测试。实现目标研究体系在真实工况条件下的材料结构相变、微分子振动等全方面的结构演变信息，为进一步深入理解反应过程中的科学问题提供巨大的帮助。

优选的，还包括能够致使所述X射线组件能够沿X射线衍射光路方向水平移动的第一移动组件，所述X射线组件包括X光机、X光学镜子，所述X光机的底部连接所述第一移动组件的顶部，所述X光学镜子连接所述X光机的发射端，所述第一移动组件的底部连接所述旋转平台的旋转板。

优选的，还包括能够致使所述第一探测器能够沿X射线衍射光路方向水平移动的第二移动组件，所述第一探测器的底部连接所述第二移动组件的顶部，所述第二移动组件的底部连接所述旋转平台的旋转板。

本发明通过第一移动组件与第二移动组件使得X射线组件以及第一探测器能够实现沿X射线衍射光路移动，实现不同模式下的信号采集，拓展XRD的分辨率和探测范围。

优选的，所述样品架包括架体、第一窗口、第二窗口、第三窗口，所述架体的底部与所述旋转平台固定连接，所述架体的顶部开设水平通道和与水平通道垂直相通的垂直通道，所述水平通道的两端分别连接第二窗口和第三窗口，所述垂直通道的顶端连接第一窗口。

优选的，所述第一窗口为透激光材质制得，所述第二窗口和所述第三窗口为透X射线材质制得；所述第一窗口与所述第二窗口尺寸大于等于1mm，所述第三窗口尺寸为1-6mm，且所述第三窗口的张角大于60度。

样品架独立设计，既能够保证X射线的平行透过，也能保证拉曼光路的垂直入射，相类似的光路设计还能够推广至不同的原位反应器结构设计上。

优选的，所述X射线组件的光源靶材为Cu靶、Mo靶、Ag靶中的一种。

Cu靶针对低能样品，Mo靶针对中能样品，Ag靶针对高能样品，不仅能够满足各类原位测试装置的样品穿透要求，还能够实现各类原位测试环境中的无损测试要求。

优选的，所述拉曼光路组件包括激光发生器、光学耦合镜组、光源、物镜、第二探测器、光谱仪；所述光源发生可见光依次通过光学耦合镜组和物镜到达样品表面，反射后至第二探测器；所述激光发生器发生激光通过物镜到达样品表面，激发样品的拉曼信号后返回光谱仪。

优选的，所述光学耦合镜组由三个透反光学镜组成，所述激光发生器与所述物镜垂直方向布置，第一透反光学镜位于所述激光发生器与所述物镜之间，第二透反光学镜位于第一透反光学镜的正下方，所述第三透反光学镜位于第二透反光学镜的一侧，第二探测器位于第一透反光学镜一侧，光谱仪位于第三透反光学镜的另一侧；激光发生器发射的激光透过第一透反光学镜、第二透反光学镜、物镜至样品激发样品的拉曼信号，样品反射回的拉曼信号经过第二透反光学镜、第三透反光学镜至光谱仪；光源发射的光沿第三透反光学镜、第二透反光学镜、物镜至样品，样品反射回的光信号经过第二透反光学镜、第三透反光学镜至第二探测器。

拉曼衍射联用原位表征系统的检测方法，采用上述拉曼衍射联用原位表征系统，包括以下步骤：将样品置于样品架上，调整旋转平台的旋转板使得X射线组件和第一探测器与样品架形成水平的X射线衍射光路，拉曼光路组件与样品架形成垂直的拉曼光路，拉曼光路与X射线衍射光路在样品上实现垂直交叉；开启X射线组件、第一探测器、拉曼光路组件，获取样品同一位置处的XRD信号和拉曼信号。

本发明通过过该原位拉曼/X射线衍射联用表征系统能够实现更多的超快反应原位观测以及多场多模态原位测试条件，还能够实现在秒级的时间尺度上，在线监测、记录新能源电池体系、电化学反应体系以及其他多相反应体系等反应过程中的材料结构变化信息。通过多场多模态的仪器组合，实现在更广阔的时间和空间等多尺度方面，揭示多相反应中材料结构和反应过程的能力。如X射线吸收谱，X射线小角散射等，以获取材料在不同高温环境下的结构信息。

优选的，X射线组件具有两种工作模式，包括透射模式和反射模式；透射模式中，X射线组件具有两种工作模式，包括透射模式和反射模式；透射模式中，X射线组件通过第一移动组件运动至样品架合适距离，通过X射线组件发射X光经过样品后，由第一探测器收集信号，并通过调整第一探测器与样品架的位置和角度探测不同距离和角度下的信号；反射模式中，将X射线组件与第一探测器通过第一移动组件和第二移动组件移动至与样品架相等的距离上，通过旋转平台的旋转板同步转动X射线组件与第一探测器来实现不同角度下的信号收集。

优选的，X射线组件的光源包括线性光源和点光源，线性光源用于反射模式，点光源用于透射模式；第一探测器为零维探测器、一维探测器、二维探测器中的一种，零维探测器用于反射模式，一维探测器与二维探测器能够兼容反射模式和透射模式。

本发明的优点在于：

(1)本发明样品架、X射线组件、第一探测器、拉曼光路组件集成在一个旋转平台上，可以同时或依次测量来自同一样品或样品区域的X射线衍射图案和拉曼光谱，因此，本发明的光路由X射线衍射光路和拉曼光路组成；本发明为了匹配整个系统中两种探测模式的同时性，该系统单独设计了拉曼光路，相比于现有商用拉曼光路，本发明中的拉曼光路结构设计简洁、高效。本发明基于实验室X射线光源的衍射、散射等技术手段，能够实现常规实验室中一般样品的秒级时间分辨能力，同时拥有足够的物理空间能够适配多种不同环境条件的原位反应测试装置；与此同时，匹配上激光拉曼的联用系统，能够实现各类研究目标体系在真实工况环境下的同步测试。实现目标研究体系在真实工况条件下的材料结构相变、微分子振动等全方面的结构演变信息，为进一步深入理解反应过程中的科学问题提供巨大的帮助；

(2)本发明通过第一移动组件与第二移动组件使得X射线组件以及第一探测器能够实现沿X射线衍射光路移动，实现不同模式下的信号采集，拓展XRD的分辨率和探测范围；

(3)样品架独立设计，既能够保证X射线的平行透过，也能保证拉曼光路的垂直入射，相类似的光路设计还能够推广至不同的原位反应器结构设计上；

(4)Cu靶针对低能样品，Mo靶针对中能样品，Ag靶针对高能样品，不仅能够满足各类原位测试装置的样品穿透要求，还能够实现各类原位测试环境中的无损测试要求；

(5)本发明通过过该原位拉曼/X射线衍射联用表征系统能够实现更多的超快反应原位观测以及多场多模态原位测试条件，还能够实现在秒级的时间尺度上，在线监测、记录新能源电池体系、电化学反应体系以及其他多相反应体系等反应过程中的材料结构变化信息。通过多场多模态的仪器组合，实现在更广阔的时间和空间等多尺度方面，揭示多相反应中材料结构和反应过程的能力。如X射线吸收谱，X射线小角散射等，以获取材料在不同高温环境下的结构信息。

附图说明

图1是本发明实施例拉曼衍射联用原位表征系统的结构示意图；

图2是本发明实施例拉曼衍射联用原位表征系统(隐藏旋转平台)的结构示意图；

图3是本发明实施例拉曼衍射联用原位表征系统的透射模式工作示意图；

图4是本发明实施例拉曼衍射联用原位表征系统的反射模式工作示意图；

图5是本发明实施例样品架的工作示意图；

图6是本发明实施例拉曼光路组件的示意图；

图中标号：

1、旋转平台；2、样品架；21、第一窗口；22、第二窗口；23、第三窗口；3、X射线组件；31、X光机；32、X光学镜子；4、第一探测器；5、拉曼光路组件；51、激光发生器；52、光源；53、物镜；54、第二探测器；55、光谱仪；56、第一透反光学镜；57、第二透反光学镜；58、第三透反光学镜；6、第一移动组件；7、第二移动组件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1、图2所示，拉曼衍射联用原位表征系统，包括旋转平台1、样品架2、X射线组件3、第一探测器4、拉曼光路组件5，所述样品架2连接所述旋转平台1中心处的固定板，所述X射线组件3与所述第一探测器4连接所述旋转平台1的旋转板上并与所述样品架2形成X射线衍射光路，所述拉曼光路组件5能够沿垂直X射线衍射光路方向调节的位于所述样品架2的上方。所述拉曼光路组件5与样品架2形成拉曼光路，X射线衍射光路与拉曼光路在样品架2处交叉。其中，所述X射线组件3的底部与第一移动组件6连接，能够实现所述X射线组件3沿X射线衍射光路方向靠近和远离样品架2。第一探测器4的底部与第二移动组件7连接，能够实现所述第一探测器4沿X射线衍射光路方向靠近和远离样品架2。

旋转平台1可以采用现有技术中的，但选用的旋转平台1中部为固定设置，保证样品架2固定在其中心位置，保持不动，第一移动组件6和第二移动组件7则连接在旋转平台1的旋转板上，旋转平台1的旋转板为可以绕中心轴向旋转的，使得第一移动组件6和X射线组件3，以及第二移动组件7和第一探测器4，能够绕样品架2旋转。

第一移动组件6、第二移动组件7可以采用现有技术中的滑块与滑轨组合，本实施例通过第一移动组件6与第二移动组件7使得X射线组件3以及第一探测器4能够实现沿X射线衍射光路移动，实现不同模式下的信号采集，拓展XRD的分辨率和探测范围。

本实施例优先考虑了X射线衍射光路设计需求，将整个X射线衍射光路设计在xy平面内，通过X射线组件3、第一探测器4在xy平面内的转动来实现XRD的各类测试条件。与此同时，本实施例通过将拉曼光路组件5摆放在样品架2的正上方(z轴方向)，来实现样品的原位拉曼测试功能。

X射线组件3包括X光机31、X光学镜子32，所述X光机31的底部连接所述第一移动组件6的顶部，所述X光学镜子32连接所述X光机31的发射端，所述第一移动组件6的底部连接所述旋转平台1的旋转板。具体的，其中X光学镜子32通过螺栓、卡接等机械固定方式固定在X光机31的出射口位置，用于X光的单色化和聚焦。整个X光机31可以通过螺栓或者卡接的方式固定在第一移动组件6上部的滑块上，第一移动组件6下部的滑轨则通过螺栓等方式固定在旋转平台1的旋转板上。滑块与滑轨则可以实现沿旋转平台1的径向滑动，精度高。

本实施例中，X射线组件3与第一探测器4具有两种工作模式，包括透射模式和反射模式。其中透射模式中，如图3所示，X光机31通过第一移动组件6运动到与样品架2合适的距离后，通过X光机31发射X光，经过样品后达到第一探测器4中，为了进一步拓展XRD的分辨率和探测范围，可以通过第一探测器4下方的第二移动组件7的径向移动和旋转平台1的周向旋转来实现；反射模式中，如图4所示，先将X光机31和第一探测器4通过第一移动组件6和第二移动组件7运动到与样品架2相等的距离上，然后通过旋转平台1同步转动X光机31和第一探测器4来实现XRD的角度测量和信号采集工作。

X射线光源52的选择主要涉及光源52的形状和其所使用的靶材。光源形状包含有线性光源和点光源两种，其中线性光源主要针对X光机31、第一探测器4同步转动的运动方式(反射式)；点光源则主要针对X光机31、第一探测器4直线式移动的运动方式(透射式)设计。光源靶材可根据待测样品对X射线吸收能力的不同而进行更换选择，包含有Cu靶、Mo靶以及Ag靶三种。Cu靶针对低能样品，Mo靶针对中能样品，Ag靶针对高能样品。以普通动态原位实验为例，可选择采用中能Mo靶(E～17keV)，不仅能够满足各类原位测试装置的样品穿透要求，还能够实现各类原位测试环境中的无损测试要求。

第一探测器4为收集X射线散射、衍射信号的信号采集器，可采用零维(0D)、一维(1D)或二维(2D)的不同类型探测器。其中0D的探测器主要用于反射式的光路使用，1D和2D的兼容反射式和透射式光路结构。

如图5所示，所述样品架2包括架体、第一窗口21、第二窗口22、第三窗口23，所述架体的底部与所述旋转平台1固定连接，所述架体的顶部开设水平通道和与水平通道垂直相通的垂直通道，水平通道与垂直通道形成倒置的T型结构，所述水平通道的两端分别连接第二窗口22和第三窗口23，所述垂直通道的顶端连接第一窗口21。

第一窗口21适合于激光透过，所述第一窗口21为透激光材质制得，可选择高透石英或蓝宝石材质；所述第一窗口21尺寸大于等于1mm；所述第二窗口22和所述第三窗口23为X射线具有高穿透能力的材质，如金属铍、石墨碳或高分子膜等材质，所述第二窗口22尺寸大于等于1mm，所述第三窗口23尺寸为1-6mm，且所述第三窗口23的张角大于60度。

样品架2独立设计，既能够保证X射线的平行透过，也能保证拉曼光路的垂直入射，相类似的光路设计还能够推广至不同的原位反应器结构设计上。

如图6所示，所述拉曼光路组件5包括激光发生器51、光学耦合镜组、光源52、物镜53、第二探测器54、光谱仪55；其中，所述光学耦合镜组由三个透反光学镜组成，具体的，包括第一透反光学镜56、第二透反光学镜57、第三透反光学镜58。

所述激光发生器51与所述物镜53垂直方向布置，第一透反光学镜56位于所述激光发生器51与所述物镜53之间，第二透反光学镜57位于第一透反光学镜56的正下方，所述第三透反光学镜58位于第二透反光学镜57的右侧，第二探测器54位于第一透反光学镜56的右侧，光谱仪55位于第三透反光学镜58的右侧，光源52位于第三透反光学镜58的上方。

激光发生器51是拉曼检测系统中的发射源，在该结构中，可选用半导体激光器或全固态激光器，其激发波长根据所测样品来进行选择，如532nm，375nm或者793nm等不同波数段，以适应应用场景的不同。

光源52为LED灯，主要用于提供光源照明并辅助成像，选择可见光波段的灯源。

物镜53主要用于光学成像以及拉曼光的聚焦和准直，可选用不同倍数的物镜53，如4X、10X、20X、50X和100X，以适配不同的应用场景.

第二探测器54为CMOS探测器，主要用于光学成像。

光谱仪55用于分析拉曼信号，拉曼信号收集器置于光路上方，用于收集激光激发样品后产生的拉曼信号。

同时，拉曼光路组件5集成在外壳内，并能够通过丝杆、气缸等位移组件实现垂直方向的上下移动。

激光发生器51发射的激光(图6中粗线条)透过第一透反光学镜56、第二透反光学镜57、物镜53至样品激发样品的拉曼信号，样品反射回的拉曼信号(图6中虚线)经过第二透反光学镜57、第三透反光学镜58至光谱仪55；光源52发射的光(图6中点划线)沿第三透反光学镜58、第二透反光学镜57、物镜53至样品，样品反射回的光(图6中实线)信号经过第二透反光学镜57、第三透反光学镜58至第二探测器54。

工作原理是：光源52发生可见光通过光学耦合镜组和物镜53，经过点划线箭头线路到达样品表面，其光学信号经过实线箭头返回第二探测器54，实现光学成像，并通过位移组件进行上下调节后进行聚焦。然后通过激光发生器51经过粗实线经过物镜53达到样品，激发样品的拉曼信号，后经虚线箭头返回光谱仪55进行拉曼信号的采集和分析。

整个拉曼光路安置在X射线衍射光路所在水平面垂直的Z轴垂直面上，自上而下与样品点相交。其中，激光发生器51、光学耦合镜组、光源52、物镜53和第二探测器均处于这个垂直面上，可进行上下位移。

本实施例样品架2、X射线组件3、第一探测器4、拉曼光路组件5集成在一个旋转平台1上，可以同时或依次测量来自同一样品或样品区域的X射线衍射图案和拉曼光谱，因此，本发明的光路由X射线衍射光路和拉曼光路组成；本实施例为了匹配整个系统中两种探测模式的同时性，该系统单独设计了拉曼光路，相比于现有商用拉曼光路，本实施例中的拉曼光路结构设计简洁、高效。

本实施例基于实验室X射线的衍射、散射等技术手段，能够实现常规实验室中一般样品的秒级时间分辨能力，同时拥有足够的物理空间能够适配多种不同环境条件的原位反应测试装置。与此同时，匹配上激光拉曼的联用系统，能够实现各类研究目标体系在真实工况环境下的同步测试。实现目标研究体系在真实工况条件下的材料结构相变、微分子振动等全方面的结构演变信息，为进一步深入理解反应过程中的科学问题提供巨大的帮助。

实施例二：

本实施例公开拉曼衍射联用原位表征系统的检测方法，采用上述实施例一中拉曼衍射联用原位表征系统，包括以下步骤：将样品置于样品架2上，将样品调节至XRD和拉曼光路的交叉点；通过第一移动组件6和第二移动组件7使得X射线组件3和第一探测器4与样品架形成水平的X射线衍射光路；拉曼光路组件5上下移动，使得拉曼光路组件5能够有效的聚焦到待测样品表面，与样品架形成垂直的拉曼光路，拉曼光路与X射线衍射光路在样品上实现垂直交叉；开启X射线组件3、第一探测器4、拉曼光路组件5，获取样品同一位置处的XRD信号和拉曼信号。

本实施例X射线组件3具有两种工作模式，包括透射模式和反射模式。其中透射模式中，如图3所示，X光机31通过第一移动组件6运动到与样品架2合适的距离后，通过X光机31发射X光，经过样品后达到第一探测器4中，为了进一步拓展XRD的分辨率和探测范围，可以通过第一探测器4下方的第二移动组件7的径向移动和旋转平台1的周向旋转来实现；反射模式中，先将X光机31和第一探测器4通过第一移动组件6和第二移动组件7运动到与样品架2相等的距离上，然后通过旋转平台1同步转动X光机31和第一探测器4来实现XRD的角度测量和信号采集工作。

X射线光源52和靶材根据需要进行选择。光源52形状包含有线性光源和点光源两种，其中线性光源主要针对X光机31、第一探测器4同步转动的运动方式(反射式)；点光源则主要针对X光机31、第一探测器4直线式移动的运动方式(透射式)设计。光源靶材可根据待测样品对X射线吸收能力的不同而进行更换选择，包含有Cu靶、Mo靶以及Ag靶三种。Cu靶针对低能样品，Mo靶针对中能样品，Ag靶针对高能样品。以普通动态原位实验为例，可选择采用中能Mo靶(E～17keV)，不仅能够满足各类原位测试装置的样品穿透要求，还能够实现各类原位测试环境中的无损测试要求。

第一探测器4为收集X射线散射、衍射信号的信号采集器，可采用零维(0D)、一维(1D)或二维(2D)的不同类型探测器。其中0D的探测器主要用于反射式的光路使用，1D和2D的兼容反射式和透射式光路结构。

本实施例通过过该原位拉曼/X射线衍射联用表征系统能够实现更多的超快反应原位观测以及多场多模态原位测试条件，还能够实现在秒级的时间尺度上，在线监测、记录新能源电池体系、电化学反应体系以及其他多相反应体系等反应过程中的材料结构变化信息。通过多场多模态的仪器组合，实现在更广阔的时间和空间等多尺度方面，揭示多相反应中材料结构和反应过程的能力。如X射线吸收谱，X射线小角散射等，以获取材料在不同高温环境下的结构信息。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.拉曼衍射联用原位表征系统，其特征在于，包括旋转平台、样品架、X射线组件、第一探测器、拉曼光路组件，所述样品架连接所述旋转平台中心处的固定板，所述X射线组件与所述第一探测器连接所述旋转平台的旋转板上并与所述样品架形成X射线衍射光路，所述拉曼光路组件能够沿垂直X射线衍射光路方向调节的位于所述样品架的上方，所述拉曼光路组件与样品架形成拉曼光路，X射线衍射光路与拉曼光路在样品架处交叉。

2.根据权利要求1所述的拉曼衍射联用原位表征系统，其特征在于，还包括能够致使所述X射线组件能够沿X射线衍射光路方向水平移动的第一移动组件，所述X射线组件包括X光机、X光学镜子，所述X光机的底部连接所述第一移动组件的顶部，所述X光学镜子连接所述X光机的发射端，所述第一移动组件的底部连接所述旋转平台的旋转板。

3.根据权利要求1所述的拉曼衍射联用原位表征系统，其特征在于，还包括能够致使所述第一探测器能够沿X射线衍射光路方向水平移动的第二移动组件，所述第一探测器的底部连接所述第二移动组件的顶部，所述第二移动组件的底部连接所述旋转平台的旋转板。

4.根据权利要求1所述的拉曼衍射联用原位表征系统，其特征在于，所述样品架包括架体、第一窗口、第二窗口、第三窗口，所述架体的底部与所述旋转平台固定连接，所述架体的顶部开设水平通道和与水平通道垂直相通的垂直通道，所述水平通道的两端分别连接第二窗口和第三窗口，所述垂直通道的顶端连接第一窗口。

5.根据权利要求4所述的拉曼衍射联用原位表征系统，其特征在于，所述第一窗口为透激光材质制得，所述第二窗口和所述第三窗口为透X射线材质制得；所述第一窗口与所述第二窗口尺寸大于等于1mm，所述第三窗口尺寸为1-6mm，且所述第三窗口的张角大于60度。

6.根据权利要求1所述的拉曼衍射联用原位表征系统，其特征在于，所述拉曼光路组件包括激光发生器、光学耦合镜组、光源、物镜、第二探测器、光谱仪；所述光源发生可见光依次通过光学耦合镜组和物镜到达样品表面，反射后至第二探测器；所述激光发生器发生激光通过物镜到达样品表面，激发样品的拉曼信号后返回光谱仪。

7.根据权利要求6所述的拉曼衍射联用原位表征系统，其特征在于，所述光学耦合镜组由三个透反光学镜组成，所述激光发生器与所述物镜垂直方向布置，第一透反光学镜位于所述激光发生器与所述物镜之间，第二透反光学镜位于第一透反光学镜的正下方，第三透反光学镜位于第二透反光学镜的一侧，第二探测器位于第一透反光学镜一侧，光谱仪位于第三透反光学镜的另一侧；激光发生器发射的激光透过第一透反光学镜、第二透反光学镜、物镜至样品激发样品的拉曼信号，样品反射回的拉曼信号经过第二透反光学镜、第三透反光学镜至光谱仪；光源发射的光沿第三透反光学镜、第二透反光学镜、物镜至样品，样品反射回的光信号经过第二透反光学镜、第三透反光学镜至第二探测器。

8.拉曼衍射联用原位表征系统的检测方法，其特征在于，采用上述权利要求1-7任意一项拉曼衍射联用原位表征系统，包括以下步骤：将样品置于样品架上，调整旋转平台的旋转板使得X射线组件和第一探测器与样品架形成水平的X射线衍射光路，拉曼光路组件与样品架形成垂直的拉曼光路，拉曼光路与X射线衍射光路在样品上实现垂直交叉；开启X射线组件、第一探测器、拉曼光路组件，获取样品同一位置处的XRD信号和拉曼信号。

9.根据权利要求8所述的拉曼衍射联用原位表征系统的检测方法，其特征在于，X射线组件具有两种工作模式，包括透射模式和反射模式；透射模式中，X射线组件通过第一移动组件运动至样品架合适距离，通过X射线组件发射X光经过样品后，由第一探测器收集信号，并通过调整第一探测器与样品架的位置和角度探测不同距离和角度下的信号；反射模式中，将X射线组件与第一探测器通过第一移动组件和第二移动组件移动至与样品架相等的距离上，通过旋转平台的旋转板同步转动X射线组件与第一探测器来实现不同角度下的信号收集。

10.根据权利要求9所述的拉曼衍射联用原位表征系统的检测方法，其特征在于，X射线组件的光源包括线性光源和点光源，线性光源用于反射模式，点光源用于透射模式；第一探测器为零维探测器、一维探测器、二维探测器中的一种，零维探测器用于反射模式，一维探测器与二维探测器能够兼容反射模式和透射模式。