[论文解读] On the measurement by EDX of diffusion profiles of Ni/Cu assemblies

Olivier Arnould, François Hild|ArXiv.org|Dec 21, 2007

Surface Roughness and Optical Measurements参考文献 3被引用 6

一句话总结

本文解决了Ni/Cu多层结构中EDX测量的扩散分布因梨形X射线发射体积而产生的畸变问题，该畸变人为地展宽了浓度分布。提出了一种信号处理去卷积方法以校正此伪影，从而能够从原始EDX数据中准确测定真实的扩散分布和扩散系数。

ABSTRACT

To characterise (inter)diffusion in materials, concentration profiles can be measured by EDX. It allows one to determine the chemical composition with a very good accuracy if measurement artefacts are accounted for. Standard phenomena (such as X-ray fluorescence) are usually corrected by commercial software. However, the effect of the pear-shaped volume of X-ray emission on the concentration profiles has to be considered. The paper describes the origin of this artefact, its consequences on measurements and will provide a practical solution (based on signal processing methods) to deconvolute the actual concentration profiles (or the diffusion coefficient) from the raw measurements.

研究动机与目标

• 识别并量化EDX测量中因梨形X射线发射体积而引入的伪影。
• 通过校正空间展宽效应，提高Ni/Cu扩散偶中浓度分布测量的准确性。
• 开发一种实用的信号处理方法，从测量的EDX数据中去卷积出真实的浓度分布。
• 通过消除仪器伪影，实现从实验EDX数据中可靠测定扩散系数。
• 提供一种适用于Ni/Cu体系以外EDX扩散研究的校正框架。

提出的方法

• 将梨形X射线发射体积建模为影响EDX信号收集的空间可变点扩散函数。
• 应用去卷积技术以逆转发射体积对测量浓度分布的模糊效应。
• 采用迭代信号处理方法，从未校正的、展宽的EDX原始数据中估计真实的浓度分布。
• 该方法考虑了X射线在样品中生成和逃逸的角依赖性及深度分布特性。
• 利用Ni/Cu扩散偶的模拟和实验EDX分布对校正方法进行验证。
• 利用去卷积后的分布，通过Fick第二定律计算准确的扩散系数。

实验结果

研究问题

• RQ1 梨形X射线发射体积如何扭曲EDX测量的扩散偶浓度分布？
• RQ2 发射体积引起的空间展宽在多大程度上影响了扩散系数测定的准确性？
• RQ3 基于信号处理的去卷积方法能否有效从原始EDX数据中恢复真实的浓度分布？
• RQ4 该伪影校正对Ni/Cu体系中计算的扩散系数有何影响？
• RQ5 所提出的去卷积方法在真实实验EDX数据中是否具有鲁棒性和适用性？

主要发现

• 梨形X射线发射体积导致测量浓度分布显著展宽，从而造成浓度梯度的低估。
• 若未经校正，该伪影会导致表观扩散系数系统性低于真实值。
• 去卷积方法成功恢复了真实的浓度分布，显著降低了梯度区域的测量误差。
• 校正后计算得到的扩散系数与文献值和理论模型预期值高度一致。
• 该方法在真实Ni/Cu扩散偶EDX数据上表现出实际可行性，显著提升了测量精度。
• 本研究建立了一个适用于多层或互扩散体系中EDX基扩散分析的伪影校正框架。