小角散射(Small-Angle Scattering, SAS)是一种用于研究材料介观结构的物理表征技术。这种技术特别适用于分析纳米尺度(约1至几百纳米)的结构特征,如颗粒尺寸、形态、聚集状态以及相分离等。小角散射可以分为两种主要类型,依据所使用的散射源的不同:
1、X射线小角散射(Small Angle X-ray Scattering, SAXS):利用X射线作为光源,X射线的波长与纳米尺度结构相匹配,因此可以有效地探测这些结构。
当X射线照射到样品时,如果样品内部存在电子密度不均匀的区域,如纳米级颗粒或相界面,就会在接近入射光束的小角度范围内产生相干散射。
通过分析散射图案的强度和角度分布,可以获得有关样品结构的信息,如颗粒尺寸、形状和分布。
2、中子小角散射(Small Angle Neutron Scattering, SANS):使用中子作为散射源,中子的散射能力受核散射截面影响,对轻元素尤其敏感,而且中子散射对磁矩有很强的响应。
中子小角散射可以揭示样品内部的介观结构,如聚合物链的构象、胶体体系的结构和多相系统的界面。
中子源可以是核反应堆或基于加速器的中子源,如散裂中子源。
小角散射技术在多个学科领域都有广泛应用,包括材料科学、生物医学、化学、物理和地质学。它可以用于研究蛋白质和核酸的溶液结构、高分子的自组装、纳米材料的形貌、乳液和胶体的稳定性、以及多孔介质的孔隙结构等等。
在实验中,SAS数据通常以散射强度I(q)对散射矢量模q的函数形式呈现,其中q = (4π/λ)sin(θ/2),λ是入射波长,θ是散射角的一半。通过对这些数据的分析,科学家们可以重建样品的结构模型。