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材料研究

具有改進性能和功能的新型復(fù)合材料的開發(fā)和使用,是解決現(xiàn)代重大工程挑戰(zhàn)的關(guān)鍵要求。在某些情況下,由研究堆或散裂中子源提供的中子成為研究材料的獨特探測手段。

了解材料對于解決衛(wèi)生、能源、國家安全和環(huán)境等領(lǐng)域的一系列新的社會學(xué)和技術(shù)需求至關(guān)重要。這反過來要求掌握各種實驗和計算技術(shù)來揭示和優(yōu)化材料性能。

中子束技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,且已成為詳細(xì)表征許多重要新材料及其處理過程中原子和磁性結(jié)構(gòu)和動力學(xué)行為的關(guān)鍵技術(shù)。這大大提高了對諸如凝聚態(tài)物理與化學(xué)、納米技術(shù)、高分子科學(xué)、生命科學(xué)、可持續(xù)能源研究、傳感器和智能材料、生物技術(shù)、工程和考古學(xué)等領(lǐng)域的認(rèn)識。

中子與物質(zhì)有兩種相互作用,使得中子散射成為材料研究的獨特探測手段:即由于中子磁矩而產(chǎn)生的短程強核相互作用和電磁相互作用。由于中子沒有凈電荷,所以它們能穿透大塊材料,使得金屬物體對于中子透射基本上是透明的。

在許多其他工程功能中,熱中子在復(fù)雜結(jié)構(gòu)中定位氫原子和氧原子等輕原子、解決復(fù)雜磁性系統(tǒng)中磁矩的排列以及評估機械部件中的殘余應(yīng)力分布等方面起著至關(guān)重要的作用。這種應(yīng)用的典型介質(zhì)包括儲氫材料、電解質(zhì)和電池材料,以及磁性薄膜。同位素替代效應(yīng)可用來識別諸如聚合物或生物分子中氫原子的精確位置。

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