Матириалз Лаб, ООО
Компания ООО «Матириалз Лаб» решает научно-технические задачи. Устанавливает и обслуживает
аналитическое, промышленное и исследовательское оборудование. Предлагает готовые
комплексные решения технологических задач для предприятий в различных областях промышленности.
Предоставляем услуги по расчету фазового и химического состава.
ukr | rus | eng
тел: +380(44)596­-06­-25, +380 (67)504-96-94, e-mail: info@materials-lab.com.ua
Лабораторное оборудование


Партнеры
Элватех

CSM Instruments SA

Linseis

Pfeiffer Vacuum GmbH

BIP - Industrietechnik GmbH

OPTIKA MICROSCOPES

Presi

Alexanderwerk AG

FCT-ACTech

PROTO Manufacturing

Lighthouse Worldwide Solutions

 Formulaction

Across International

KRUSS GmbH

Microtrac

NanoAmor

LaborTech

СОЛ Инструментс

CAD Instruments

Innovative Sintering Technologies Ltd.

Casella CEL Inc.

МАГНИС ЛТД, НТЦ ООО

WiggenHauser

Endecotts

Datapaq

TTS Unlimited, Inc.

AMETEK Scientific Instruments

HSR AG

DEWINTER OPTICAL INC

Outotec

Everfіne

TESCAN

NanoMagnetics Instruments

Что такое рентгеноструктурный анализ?

 

Информацию об элементном составе различных материалов можно получить с помощью разнообразных аналитических методов, чаще всего предполагающих разрушение вещества. Сложные вещества, образующиеся в результате соединения химических элементов между собой, исчисляются многими сотнями тысяч. Эти сложные вещества обладают самыми разнообразными свойствами, причем различие этих свойств определяется различиями химического состава и различиями во взаимном расположении атомов (структуре). Лишь дифракционные методы обладают уникальной возможностью давать характеристику кристаллическим фазам. Понятие кристаллическая фаза определяет пространственно однородное, равновесное состояние вещества, характеризуемое определенным элементным составом и структурой.
 
Рисунок 1 - Кристаллическая структура гематита Fe2O3
 
Основные преимущества рентгенографического анализа заключается в том, что исследуется само твердое тело в неизменном состоянии и результатом анализа является непосредственно определение вещества или его составляющих. Рентгеновские лучи исследуют кристалл, т.е. само соединение; более того, в случае полиморфных тел рентгеновские лучи дают возможность различить отдельные модификации, свойственные данному веществу. Для исследования вещества требуется очень небольшое его количество, которое в процессе проведения аналитической операции не разрушается. Кристаллическое вещество определенного химического состава в результате какого-либо физического воздействия (механического, термического) может в сильной степени изменять свои свойства. Большей частью это обусловливается изменением кристаллической структуры (фазовое превращение) или искажением этой структуры под действием внешних сил или внутренних напряжений. Дифракционные методы позволяют выявить малейшие изменения в состоянии атомной решетки кристалла, не улавливаемые другими методами. На практике наибольшее распространение получил рентгеновский порошковый метод, который в основном и используется в рентгеновском фазовом (рентгенографическом) анализе. Этот метод в настоящее время наиболее применим по сравнению с другими рентгеновскими методами. Объяснение этому заключено в том, что многие природные и синтетические, технически важные материалы чаще всего находятся в поликристаллическом состоянии, и только в таком состоянии возможно изучение их структуры и свойств.
 
Большую роль в исследованиях строения и свойств электронных оболочек атомов сыграли лучи, открытые в 1895 г. В. Рентгеном и названные в его честь рентгеновскими лучами. Рентгеновские лучи возникают при торможении веществом быстрых электронов. Для получения рентгеновских лучей служат специальные электровакуумные приборы — рентгеновские трубки, состоящие из вакуумированного стеклянного или металлического корпуса, в кото­ром на некотором расстоянии друг от друга находятся катод и анод, включенные в цепь высокого напряжения. В рентгеновских трубках катод служит источником электронов, а анод — источни­ком рентгеновских лучей.Между катодом и анодом создастся сильное электрическое поле, разгоняющее электроны до высоких энергий. Для получения электронов столь высоких энергий в рентгеновских трубках создается вакуум.
Рисунок 2 – Схема рентгеновской трубки
 
Дифракция рентгеновских лучей была открыта в 1912 году немецкими физиками М. Лауэ, В. Фридрихом и П. Книппингом. Направив узкий пучок рентгеновских лучей на неподвижный кристалл, они зарегистрировали на помещенной за кристаллом фотопластинке дифракционную картину, которая состояла из большого числа закономерно расположенных пятен. Каждое пятно - след дифракционного луча, рассеянного кристаллом.
Под дифракционной картиной понимается такая картина рассеяния, когда интенсивность рассеянного излучения резко зависит от угла рассеяния. Дифракционная картина зависит от длины волны используемых рентгеновских лучей, которая зависит от материала анода, и строения объекта. Для исследования атомной структуры применяют излучение с длиной волны ~ 1 ангстрема (Å), т. е. порядка размеров атомов.
 
Рисунок 3 – Дифракционная картина кристалла бериллия
 
Рентгеновская дифрактометрия (рентгенодифракционный анализ, XRD – X-ray diffractometry) основана на способности рентгеновских лучей отражаться от плоских сеток, образованных атомами в кристаллической решетке материала. Это приводит к возникновению дифракционных отражений (дифракционных максимумов), каждое из которых характеризуется определенным межплоскостным расстоянием и интенсивностью. Возникновение дифракции происходит согласно закону Брэгга-Вульфа.
n*λ=2d*sinθ,
где n – целое число, описывающее порядок дифракционного отражения, λ – длина волны, d – межплоскостное расстояние между отражающими плоскостями, θ – угол, который составляет падающий или дифрагированный луч с отражающей плоскостью.
 
Дифрактометр
 
Установки для рентгеновской дифрактометрии называются рентгеновскими дифрактометрами. Применение дифрактометров сокращает длительность исследования, повышает чувствительность и точность измерений, позволяет исключить обработку пленки (фотометод). Однако линии очень малой интенсивности визуально более успешно можно найти при фотографической регистрации спектра. Счетчик дифрактометра фиксирует интенсивность дифракции в узком угловом интервале в любой момент съемки. Дифракционная картина регистрируется не одновременно, как в фотометоде, а последовательно. Поэтому интенсивность первичного пучка должна быть стабильной во времени, а схема съемки - фокусирующей для увеличения интенсивности в каждой точке регистрации.
Основными составляющими частями дифрактометра являются:
- Источник рентгеновского излучения
- Гониометр
- Детектор, регистрирующий дифрагированное излучение
Рисунок 4 – Схема рентгеновского дифрактометра с фокусировкой по Брэггу-Брентано:
1 – рентгеновская трубка, 2 – монохроматор, 3 – гониометр, 4 – щели, 5 – образец, 6 – детектор
 
В дифрактометрах применяют фокусировку от плоского образца по методу Брэгга-Брентано, что допускает вращение образца в собственной плоскости. Источник излучения F и щель S счетчика располагаются на окружности радиуса R, в центре которой находится плоский образец. Источник излучения, лежащий на фокусирующем кругу, - проекция фокуса трубки. Различие первичного пучка в горизонтальной и вертикальной плоскостях ограничивается установкой переменных щелей. Все детали, определяющие геометрию съемки, а также образец и детектор устанавливают на гониометрический устройстве. Образец и счетчик перемещают синхронным электродвигателем при съемки рентгенограмы с помощью самописца. Скорость вращения образца и счетчика устанавливают с помощью редуктора. Образец вставляют в специальную приставку, с помощью которой во время съемки образец может вращаться относительно нормали к плоскости, отражающей лучи.
В лабораторном источнике рентгеновского излучения электроны ускоряются напряжением 20-50 кВ по направлению к твердой мишени, где они тормозятся в результате столкновения. Это приводит к образованию линейчатого спектра на фоне непрерывного (тормозного).
Детекторами служат чаще всего пропорциональные или сцинтилляционные счётчики (пропорциональные счетчики работают в режиме полной пропорциональности и особенно широко применяются для регистрации длинноволнового рентгеновского излучения). Использование специальных приставок к дифрактометрам позволяет проводить анализ при высоких температурах, в вакууме или инертных атмосферах, при отрицательных температурах и измерять интенсивность рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами. Во всех дифрактометрах предусмотрена возможность монохроматизации характеристического рентгеновского излучения, а в дифрактометрах с пропорциональными или сцинтилляционными счетчиками - и возможность селективной регистрации квантов дифрагированного рентгеновского излучения с определенной энергией.
Рентгеновская дифрактометрия позволяет анализировать поликристаллические и монокристаллические объекты, как в виде объемных материалов, так и в виде тонких пленок. Для каждого из этих двух типов материалов имеется определенный набор параметров, определяемых с помощью рентгенодифракционного анализа.
 
В поликристаллических объектах рентгеновская дифрактометрия позволяет определить:
·           химические соединения, присутствующие в образце
·           параметры решетки отдельных соединений
·           размер областей когерентного рассеяния.
 
Рисунок 5 – Рентгеновская дифрактограмма порошка шлама
 
В монокристаллических образцах рентгеновская дифрактометрия дает возможность оценить следующие параметры:
·           ориентировка кристалла
·           параметр кристаллической решетки
·           толщины слоев
·           степень структурного совершенства (мозаичность, плотность дислокаций)
·           период сверхрешётки
·           состав твёрдого раствора
·           напряжение решётки и степень релаксации
·           качество (гладкость) интерфейсов.
 

 

 
Литература:
 
1.         Ескина Г.М., Морозов В.П. Рентгенографический фазовый анализ. Учебно-методическое пособие − Казань: Изд-во Казанского государственного университета, 2010 г.
2.         Ф. В. Тузиков. Малоугловая рентгеновская дифрактометрия. Новосибирск: Институт катализа СО РАН, 2009.
3.         Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс Физики. Волновые процессы: Оптика. Атомная и ядерная физика (том 3) учеб. пособие. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1979. — 511 с.
4.          Бокий Г. Б., Порай-Кошиц М. А. Рентгеноструктурный анализ. М.: Наука, 1964.
5.         Лиопо В.А. Рентгеновская дифрактометрия: Учеб. пособие / В.А.Лиопо, В.В.Война.– Гродно: ГрГУ, 2003. – 171 с.
6.         Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронно-оптический анализ.- М.: Металлургия, 1970.


 
 
 © 2012 ООО "Матириалз Лаб"
04073, г. Киев, Украина ул. Куреневская 18 skype: materials.lab тел: +380(44)596-06-25,
+380 (67)504-96-94, факс: +380(44)596-06-26, e-mail: info@materials-lab.com.ua
Разработка сайта и хостинг:
Интерактивные системы