Davide Bleiner來自意大利，熱愛旅行、讀書和足球。有一次他帶了一只塞滿了書的行李箱過海關(guān)，本以為能輕松通關(guān)，沒想到海關(guān)官員一看，竟懷疑他是個販書的——畢竟，誰出國會帶這么多量子力學(xué)方面的書呢？由此可見Davide Bleiner對其的濃厚興趣。

Davide Bleiner于2002年在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Detlef Günther小組完成了他的博士學(xué)位（博士論文：“The Optimization of a Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry System for The Detection of Short Transient Signals, ETH-No. 14665”）。

Davide Bleiner從2015年開始接任瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)研究所（EMPA）高級分析技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（包含5個研究組）主管，同時是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）的兼職講師。

圖一 Davide Bleiner （十年左右前，他剛好出任EMPA高級分析技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主管）

背景是埃爾溫·薛定諤

圖二 Davide Bleine是一位充滿激情的貝斯手，

常在爵士樂隊(duì)和古典管弦樂隊(duì)演奏

Davide Bleiner的主要研究興趣是面向材料光譜化學(xué)分析的光子學(xué)，主要研究亮點(diǎn)包括：Tabletop Lasers for Short Wavelength Spectrochemistry，Laser-Induced XUV Spectroscopy (LIXS)和Chemical Tomography三個部分。值得一提的，Davide Bleiner是LIXS技術(shù)的創(chuàng)始人，同時他們發(fā)表在Spectrochimica Acta B的文章“Laser induced XUV spectroscopy (LIXS) from fundamentals to application for high-precision LIBS獲得了2023年度最佳文章獎。

接下來我們會簡要地介紹LIXS及我們合作伙伴--德國greateyes公司的科研級XUV、X射線相機(jī)是如何輔助Davide Bleiner團(tuán)隊(duì)的研究工作的。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）憑借無需樣品制備、痕量至主量元素靈敏度以及空間分辨分析能力，成為固體材料元素分析的直接方法。然而傳統(tǒng)光學(xué)波段（紫外-紅外）的LIBS存在精度不足的問題，其根源在于：

（一）較高的連續(xù)譜背景；

（二）等離子體光學(xué)發(fā)射的重復(fù)性差。

通過Davide Bleiner團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的極紫外光譜儀實(shí)現(xiàn)X射線波段信號的采集，成功突破了這一技術(shù)瓶頸。

圖三 展示了激光誘導(dǎo)極紫外光譜測試柱狀電池中Li，O，F(xiàn)等元素的XUV光譜

研究表明，由于流體動力學(xué)膨脹效應(yīng)，等離子體發(fā)射存在顯著的不穩(wěn)定性，這種由閃爍噪聲主導(dǎo)的膨脹過程對非均勻樣品的空間分辨分析尤為不利。

圖四 激光誘導(dǎo)等離子體的定性溫度演化過程

上圖四揭示了激光誘導(dǎo)等離子體的定性溫度演化過程。等離子體溫度決定了光譜發(fā)射范圍（kT=1電子伏特約對應(yīng)11600開爾文）。在輻照階段，等離子體處于高溫高密度狀態(tài)，發(fā)射軟X射線；經(jīng)過數(shù)納秒膨脹冷卻后（激光脈沖結(jié)束），發(fā)射譜以強(qiáng)連續(xù)譜為主導(dǎo)，需延遲采集時間以待本底信號衰減。

高密度激光誘導(dǎo)等離子體產(chǎn)生的軟X射線與極紫外（XUV）輻射表現(xiàn)出高度一致性和重現(xiàn)性。因此，作為LIBS技術(shù)升級版的激光誘導(dǎo)極紫外光譜（LIXS）能有效抑制閃爍噪聲，顯著提升分析精度。

通過對鋰錳氧化物樣品的定量分析（下圖五所示），驗(yàn)證了LIXS的應(yīng)用潛力。該類能源材料要求成分均勻性，需具備單次檢測即可識別雜質(zhì)與異相的能力。雖然靈敏度提升可能壓縮動態(tài)范圍，但LIXS在降低靈敏度的同時大幅擴(kuò)展了動態(tài)范圍——由于本底噪聲可忽略不計，這并不會影響檢測限。

圖五 Li含量和XUV強(qiáng)度及UV-VIS強(qiáng)度的校準(zhǔn)曲線

圖六 LM25（Li2O+Mn3O4）、NIST glass 612(一種含有 61 種微量元素的玻璃支撐基質(zhì)，其標(biāo)準(zhǔn)成分比例為：二氧化硅 72%、氧化鈉 14%、氧化鈣 12%、氧化鋁 2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）) 和 LiF 樣品的 XUV 光譜。三條譜線 A、B 和 C 由 O VI 的躍遷產(chǎn)生。A、B 和 C 線的波長分別為 12.99 納米、15.01 納米和 17.31 納米。在 LiF 中，O VI 的發(fā)射線中沒有氧化效應(yīng)的特征。

如上圖六，研究還成功展示了氧化特征指紋：在氧化區(qū)域觀察到12.99納米、15.01納米和17.31納米處三條O-VI特征發(fā)射線（圖五b），而氟化鋰中未發(fā)現(xiàn)該特征。簡言之，LIXS作為LIBS微分析技術(shù)的新演進(jìn)，兼具高精度與寬動態(tài)范圍的技術(shù)優(yōu)勢。

圖七  基于Harada設(shè)計的自研極紫外平面場光譜儀

如上圖七是Davide Bleine教授及其團(tuán)隊(duì)基于日本Tatsuo Harada及其團(tuán)隊(duì)在1984年的發(fā)表的XUV平場光柵光譜儀構(gòu)型搭建的光譜儀。此種光譜儀有攝譜范圍寬、分辨率和靈敏度高的特點(diǎn)。

圖八 柏林電視塔（德國最高的建筑）

圖九 ALEX系列XUV、X-ray相機(jī)實(shí)物圖

參考資料：

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• Rameshbabu, S. and Bleiner, D., 2025. Radiative recombination as a transient spectroscopic fingerprint for sample oxidation using laser-induced XUV spectroscopy (LIXS). Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 229, p.107203. https://doi.org/10.1016/j.sab.2025.107203

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•  Qu, D.; Ohannessian, N.; Wyder, C.; Trottmann, M.; Wichser, A.; Lippert, T.; Bleiner, D. High-precision mapping of fluorine and lithium in energy materials by means of laser-induced XUV spectroscopy (LIXS). Spectrochim. Acta B 2021, 181, 106214 (7 pp.). https://doi.org/10.1016/j.sab.2021.106214

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