近日，上海科技大学物质科学与技术学院王竹君课题组与柳学榕课题组合作，在高温液态熔体原位表征领域取得重要进展。针对水平 X 射线光束几何下熔体润湿铺展导致有效透射厚度不足的瓶颈问题，团队研发的熔岩超高温激光 X 射线衍射系统，集成主动几何调制策略与气氛控制激光加热平台，成功实现熔融液体在完全熔融、非平衡条件下的结构信息与化学反应同步采集。相关成果发表于国际学术期刊 《科学仪器评论》（Review of Scientific Instruments）。
图1 系统核心装置示意图：液桥调制、激光加热、温控与气体分析一体化集成
在岩浆岩石学、玻璃科学和材料工程等领域，高温熔融氧化物及玻璃形成液体的结构演变与物理化学性质一直是核心研究课题。然而，在普遍采用的水平光束配置中，高温熔体倾向于在耐火基底上广泛铺展，形成垂直厚度可忽略的薄膜，导致 X 射线光程严重不足、散射体积大幅缩减，并引入显著基底背景噪声。
针对这一挑战，合作团队提出主动样品几何调制策略，利用涂层热电偶探针机械提升熔体，借助表面张力构建“液桥”构型，将不利的铺展形貌转化为优化的垂直透射截面，同时实现原位温度测量。该平台集成三光纤非相干合束激光头，闭环PID温控系统在高达1200℃下，将稳态热电偶信号波动控制在±0.2℃以内。系统配备气氛控制真空腔与半球形穹顶盖，采用大面积聚酰亚胺薄膜作为全景 X 射线窗口，并结合深插入毛细管气体采样设计，有效降低挥发性物种传输延迟。
研究选取 PbO-BaCO3-SiO2三元体系作为典型实验案例，原位证实了碳酸钡分解先于玻璃化发生，并观察到体系在 1000-1200°C 完全熔融区完成固态反应、脱碳和互扩散，最终转变为结构均匀的液态玻璃熔体。该工作不仅开发了一套适用于原位 X 射线透射实验的气氛控制激光加热平台，更提供了一种解决水平光束几何下样品润湿问题的有效策略。平台的开放式架构为未来多模态原位表征奠定了基础。
王竹君课题组博士生昂超为论文的第一作者，王竹君教授为论文通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。
论文标题：Integrated laser heating stage with active geometry modulation for simultaneous in situ x-ray transmission and evolved gas analysis of molten liquids
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