【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种模拟电子衍射的方法，尤其涉及一种模拟晶体中电子衍射花样的方法。
技术介绍
1、自然界中的物质具有多样性，如石墨和金刚石是具有完全不同物理性质的物质，但却都是由碳原子所组成，区别是两种材料中的碳原子排列情况不一样，而同样具有金刚石硬度的蓝丝黛尔石，其碳原子的轨道杂化和金刚石中碳原子的杂化是一样的，然而，金刚石是立方结构，蓝丝黛尔石却是六方结构。因此，研究物质中原子的占位有助于深入理解物质的特性。
2、当前，研究与分析物质结构的方法主要有x射线衍射、透射电子成像，两种方法均需要专业实验仪器和专业技术人员。随着透射电子衍射技术的发展，x射线照相法逐渐被x射线衍射谱和透射电子衍射所取代。特别的，x射线因存在电离辐射需特殊防护装置。对于电子衍射，通常情况下简单结构可以较为容易地进行标定，然而对于复杂结构来说，电子衍射图样也较为复杂，为了获得理想的透射电子衍射花样，需要高质量的晶体样品、恰当的电子入射角，才能获得较好的衍射花样。由于电子衍射实验设备的特殊性，无法做到一般实验方法的普及程度。
技术实现思路
1、基于上述现有技术所存在的不足之处，本专利技术提供一种模拟电子衍射的方法，利用激光和微结构的光学衍射现象模拟了物质晶体结构的电子衍射。本专利技术中所述的激光为可见光波长范围，微结构的制作方法包括结构设计和3d打印制作微结构两部分。
2、本专利技术解决技术问题，采用如下技术方案：
3、一种模拟电子衍射的方法，其特点在于：将物质晶体结构中的原
4、通常情况下，物质晶体结构是三维结构，但由于电子衍射的衍射花样一定是沿某一特定带轴，通常是整数带轴，且带轴指数越小，花样分辨程度越好，此时的衍射花样可以看成一个二维平面的周期性结构。因此，本专利技术先将物质晶体结构中的原子沿所需带轴进行投影获得二维图形。所述所需带轴根据所要获得的衍射花样来定，需要沿哪一特定带轴的衍射花样，就以该特定带轴作为所需带轴。具体的，投影可采用多种方法实现，如采用crystalmaker、diamond等软件。
5、进一步地，本专利技术对上述二维图形中各原子的周期性相对位置关系进行放大，各原子的周期性相对位置关系是指各原子之间的间距等信息，也即各原子的周期性占位信息，可通过查询晶体结构数据(如晶体的晶胞参数、空间群、元素以及对称性关系)进行确定。进行放大的放大倍数按照3d光固化打印机的液晶像素点尺寸来确定，使放大结构中的原子对应单个液晶像素点，从而使放大后原子的相对位置关系可以定位至3d打印的液晶阵列层图形中，并以一个液晶像素点代表一个原子占位，形成空间占位图形。当像素点尺寸非常小，如仅有百纳米大小时，也可用多个像素点所在的区域代表一个原子占位，以使打印后微结构更加清晰。在微米乃至亚微米级的微结构中，衍射现象随着像素点尺寸的减小而变得更加清晰。
6、进一步地，所述光敏树脂可选用刚性树脂或柔性树脂，所述透明基片为石英玻璃片、普通玻璃片或柔性透明膜。
7、进一步地，所述激光照射采用可见光激光作为衍射源。为了获得较好的效果，可以将激光束适当扩束后进行衍射实验。所述二维模拟微结构在激光照射下所呈现的衍射花样可以直接呈现在接收屏上。
8、本专利技术所述的一种模拟电子衍射的方法，具体包括如下步骤：
9、1、二维模拟微结构的制作
10、步骤11、结构设计
11、对上述的二维图形，计算出各原子的周期性相对位置关系，也即原子的周期性占位信息，进行放大后，利用opencad等软件进行平移操作，得到与原子二维周期性投影相近的像素点点阵占位，这样就获得了以像素点为最小单元的周期性空间占位图形。这一周期性空间占位图形可以将物质晶体结构中原子间亚纳米的间距放大到数十微米。此外，还可以根据周期性占位设计出一些超晶格结构、分形结构等。
12、本专利技术在结构设计上：首先以物质晶体结构为基础，能够较为客观反应物质结构中原子排列的情况。其次，由于3d打印技术受制于液晶分辨率，当液晶分辨率越高，单像素尺寸越小，则设计的微结构越接近实际情况。因此，对于简单结构，3d打印的微结构能够较为精确的反应晶体中原子占位情况，但对于复杂结构，需要结合3d打印单元像素大小，设计与原子占位相似的格点占位。
13、步骤12、3d打印微结构
14、按照所获得的空间占位图形，利用3d光固化打印机在透明基片上对光敏树脂进行紫外曝光固化，清洗后在透明基片上形成晶体结构沿所述带轴的二维模拟微结构。
15、具体的，在透明基底上形成周期性微结构的方法可选用如下两种中的任意一种：
16、(1)将光敏树脂置于透明基片2上，通常可用匀胶装置在透明基片上形成一均匀且透明的光敏树脂层1；如图1所示，将形成有光敏树脂层的透明基片置于3d光固化打印机的液晶阵列层3上，然后按照所获得的空间占位图形，进行紫外线曝光固化，清洗后即在透明基片上形成晶体结构沿所述带轴的二维模拟微结构。
17、(2)在fpe离型膜4上直接滴涂光敏树脂0.01-0.05ml/mm2形成光敏树脂层1，然后直接覆盖透明基片2，等待树脂均匀吸附在透明基片2和离型膜4之间；如图2所示，将透明基片-光敏树脂层-离型膜的叠合结构置于3d光固化打印机的液晶阵列层3上，然后按照所获得的空间占位图形，进行紫外线曝光固化，清洗后即在透明基片上形成晶体结构沿所述带轴的二维模拟微结构。
18、上述方法中，当光敏树脂表面张力和粘稠度偏小且膜层不是太厚时优选采用方法(1)，当光敏树脂的表面张力和粘稠度较大且树脂层偏厚时优选采用方法(2)。
19、步骤2、激光照射
20、采用可见光激光作为衍射源，将激光束适当扩束后照射步骤1所获得的二维模拟微结构，用所述二维模拟微结构在激光照射下所呈现的衍射花样模拟晶体物质沿所述带轴的电子衍射花样。
21、与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
22、本专利技术利用3d光固化的液晶分辨率参数设计出与物质晶体结构一致或者相近的原子占位，将晶体结构中原子的周期性排列转变成了3d打印中周期性的格点占位。光固化3d打印机可以通过对透光液晶阵列的控制，使薄层光敏树脂在紫外线的照射下发生交联反应而产生固化。在现有3d打印机的光固化技术上，本专利技术通过光固化技术模拟了晶体结构中的原子占位，当对晶体中原子占位的间距进行数十万倍的放大后，在可见光激光束的照射下，将电子衍射的效果更加直观地展现出来。
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【技术保护点】
1.一种模拟电子衍射的方法，其特征在于：将物质晶体结构中的原子沿所需带轴进行投影获得二维图形，对二维图形中各原子的周期性相对位置关系进行放大，然后按照放大后原子的相对位置关系在3D打印的液晶阵列层图形中对原子进行占位，并用单个液晶像素点代替图形中的单个原子，形成空间占位图形；按照所获得的空间占位图形，利用3D光固化打印机在透明基片上对光敏树脂进行紫外曝光固化，清洗后在透明基片上形成晶体结构沿所述带轴的二维模拟微结构；用二维模拟微结构在激光照射下所呈现的衍射花样模拟晶体物质沿所述带轴的电子衍射花样。
2.根据权利要求1所述的模拟电子衍射的方法，其特征在于：对各原子的周期性相对位置关系进行放大的放大倍数按照3D光固化打印机的液晶像素点尺寸来确定。
3.根据权利要求1或2所述的模拟电子衍射的方法，其特征在于：所述光敏树脂为刚性树脂或柔性树脂。
4.根据权利要求1或2所述的模拟电子衍射的方法，其特征在于：所述透明基片为石英玻璃片、普通玻璃片或柔性透明膜。
5.根据权利要求1所述的模拟电子衍射的方法，其特征在于：所述激光照射采用可见光激光作为
6.根据权利要求1所述的模拟电子衍射的方法，其特征在于：所述二维模拟微结构在激光照射下所呈现的衍射花样可以直接呈现在接收屏上。
...【技术特征摘要】
1.一种模拟电子衍射的方法，其特征在于：将物质晶体结构中的原子沿所需带轴进行投影获得二维图形，对二维图形中各原子的周期性相对位置关系进行放大，然后按照放大后原子的相对位置关系在3d打印的液晶阵列层图形中对原子进行占位，并用单个液晶像素点代替图形中的单个原子，形成空间占位图形；按照所获得的空间占位图形，利用3d光固化打印机在透明基片上对光敏树脂进行紫外曝光固化，清洗后在透明基片上形成晶体结构沿所述带轴的二维模拟微结构；用二维模拟微结构在激光照射下所呈现的衍射花样模拟晶体物质沿所述带轴的电子衍射花样。
2.根据权利要求1所述的模拟电子衍射的方法，其特征在于：...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱志峰，宋杭源，于永强，韦维，胡佳，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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