Tehnici Experiment Ale Pentru Nano- Si Microstructuri -C3

Tehnici experimentale Tehnici experimentale

pentru pentru

nanonano-- si microstructurisi microstructuri

DIFRACDIFRACŢŢIA DE RAZE XIA DE RAZE X

sausau

ANALIZĂ ANALIZĂ

ROENTGENOGRAFICĂROENTGENOGRAFICĂ

UtilizareaUtilizarea experimentalexperimentală a analizei ă a analizei roentgenograficeroentgenografice

PlanePlane cu difericu diferiţţi indici i indici Miller Miller îîn cristale cubicen cristale cubice

�� Unitatea celulară de bază Unitatea celulară de bază reprezintă unitatea care define reprezintă unitatea care defineşşte un cristal.te un cristal.

�� Planele paralelePlanele paralele ce intersectează unitatea de celulă sunt utilizate la ce intersectează unitatea de celulă sunt utilizate la definireadefinirea direcdirecţţiilor de cristalizare iilor de cristalizare şşi a distani a distanţţelor elor îîntrntr--un cristalun cristal..

�� AcesteAceste plane cristalograficeplane cristalografice sunt identificate prinsunt identificate prin indicii indicii MillerMiller..

Materialele cristaline sunt caracterizate prin Materialele cristaline sunt caracterizate prin

aranjamentul periodic ordonat al atomilor.aranjamentul periodic ordonat al atomilor.

Materialele cristaline sunt caracterizate prin Materialele cristaline sunt caracterizate prin

aranjamentul periodic ordonat al atomilor.aranjamentul periodic ordonat al atomilor.

PlanelePlanele (20(2022) ) ale ale

atomilor atomilor îînn NaClNaCl

Planele Planele (220) (220) ale ale

atomilor atomilor îînnNaClNaCl

DifracDifracţţia de raze X (XRD) pe probe policristaline ia de raze X (XRD) pe probe policristaline ��

informainformaţţii despre poziii despre poziţţia, iia, intensitatea, ntensitatea, lărgimea lărgimea şşi i

forma picurilor sau interferenforma picurilor sau interferenţţelor de difracelor de difracţţieie..

Axa Axa oxox, a, adică dică 2 teta, corespunde pozi2 teta, corespunde poziţţiei unghiulare a iei unghiulare a detectorului care se rotedetectorului care se roteşşte te îîn jurul probei.n jurul probei.

�� Pentru plane paralele cu distanPentru plane paralele cu distanţţa a îîntre ele ntre ele ddhklhkl, construc, construcţţia interferenia interferenţţei ei după principiul lui după principiul lui BraggBragg este satisfăcută este satisfăcută. .

�� ÎÎn difractometre lungimea de undă a radian difractometre lungimea de undă a radiaţţiei X este fixată funciei X este fixată funcţţie de tipul ie de tipul de element radioactiv. de element radioactiv.

�� Deci, o familie de plane produce un pic de difracDeci, o familie de plane produce un pic de difracţţie numai la un unghi ie numai la un unghi specific specific θθ..

�� ÎÎn plusn plus, , planul normal poate fi paralel la vectorul de difracplanul normal poate fi paralel la vectorul de difracţţieie•• Planul normalPlanul normal: : direcdirecţţia perpendiculară la un plan de atomiia perpendiculară la un plan de atomi•• Vectorul de difracVectorul de difracţţieie: : vectorul care este bisect la unghiul dinte vectorul care este bisect la unghiul dinte

fascicolul incident fascicolul incident şşi cel difractat.i cel difractat.�� SpaSpaţţiul iul îîntre planele de difracntre planele de difracţţie determină poziie determină poziţţia picurilor.ia picurilor.�� Intensitatea picurilor este determinată de atomii care alcătuiesIntensitatea picurilor este determinată de atomii care alcătuiesc c

planul de difracplanul de difracţţie.ie.

θλ sin2hkl

d=

Principiul lui Principiul lui BraggBragg este un model simplist este un model simplist

pentru pentru îînnţţelegerea condielegerea condiţţiilor care produc iilor care produc

difracdifracţţia.ia.

Puterea difractometrelor utilizând geometria Puterea difractometrelor utilizând geometria

BraggBragg--Brentano Brentano tipicătipică..

�� Unghiul incident Unghiul incident ωωωωωωωω, , este definit ca unghiul este definit ca unghiul îîntre sursa de radiantre sursa de radiaţţie X ie X şşi i probăprobă..

�� Unghiul de difracUnghiul de difracţţieie, 2, 2θθθθθθθθ, , este definit ca unghiul este definit ca unghiul îîntre fascicolul incident ntre fascicolul incident şşi detector.i detector.

�� Unghiul incident Unghiul incident angle angle ωωωωωωωω este este îîntotdeauna ntotdeauna ½½ din unghiul fadin unghiul faţţă de ă de detector,detector, 22θθθθθθθθ . .

�� La anumite difractometre caracterizate de raportul La anumite difractometre caracterizate de raportul θθθθθθθθ:2:2θθθθθθθθ, , , , , , , , tubtubul are ul are pozipoziţţie fixăie fixă, , proba rotinduproba rotindu--se cuse cu θθθθθθθθ °°/min /min şşi detectorul rotindui detectorul rotindu--se cuse cu 22θθθθθθθθ°°/min/min –– exemplu difractometrul exemplu difractometrul ShimadzuShimadzu..

�� La alte difractometre caracterizate de raportul La alte difractometre caracterizate de raportul θθθθθθθθ::θθθθθθθθ ((ca de exempluca de exempluPANalyticalPANalytical XX’’PertPert Pro), Pro), proba este fixă proba este fixă şşi se rotei se roteşşte tubul cu o viteză te tubul cu o viteză de de --θθθθθθθθ °°/min /min şşi detectorul cu o rată de i detectorul cu o rată de θθθθθθθθ °°/min./min.

MonocristalulMonocristalul după teoria lui după teoria lui BraggBragg--BrenatoBrenato

produce numai o familie de picuri de difracproduce numai o familie de picuri de difracţţieie..

La 2θ =20.6 °, conform pr. Bragg pentru planele (100), se produce un pic de difracţie.

Planele (110) ar fi difractate la 2θ =29.3 °; totuşi ele nu sunt aliniate (perpendiculara la aceste plane nu este o bisectoare a unghiului incident şi fascicolul difractat). Este observat numai un nivel de fond.

Planele (200) sunt paralele la planele (100). De asemenea, ele sunt difractate. Totodată d200 este ½ d100, picul de difracţie dat de acestea apărând la 2θ =42 °.

O probă policristalină formată din mii de cristaliteO probă policristalină formată din mii de cristalite, prin , prin

difracdifracţţie de raze X dă o multitudine de picuri de ie de raze X dă o multitudine de picuri de

difracdifracţţie.ie.

• Pentru fiecare set de plane, va exista un procent mic de cristalite care sunt orientate adecvat pentru difracţie (plane perpendiculare pe bisectoare unghiului format de fascicolul incident si cel difractat).

• Principiul de bază al difracţiei este acela că pentru fiecare set de plane există un număr egal de cristalite care vor fi difractate şi care există într-un număr relevant statistic de cristalite, nu doar unul sau două.

�� DifracDifracţţia de raze X pe pulberi ia de raze X pe pulberi îîn general este cunoscută ca n general este cunoscută ca difracdifracţţie pe materiale policristalineie pe materiale policristaline

-- probele pot fi pulberi, acoperiri pe anumite straturi, blocuri probele pot fi pulberi, acoperiri pe anumite straturi, blocuri de de materiale etc.materiale etc.

�� Dacă cristalitele sunt orientate la Dacă cristalitele sunt orientate la îîntâmplare ntâmplare şşi au densitate i au densitate mare, atunci vor forma un con Debye mare, atunci vor forma un con Debye îîntreg, continuuntreg, continuu..

�� ÎÎntrntr--un model de difracun model de difracţţie liniarăie liniară, d, detectorul scanează printretectorul scanează printr--un un arc de cerc care intersectează arc de cerc care intersectează îîn fiecare con Debye n fiecare con Debye îîntrntr--un un singur punct, dând astfel aparisingur punct, dând astfel apariţţia unui vârf difracia unui vârf difracţţie discretie discret. .

SuprafaSuprafaţţa de difraca de difracţţie ie (2D) (2D) ne permite să ne ne permite să ne

imagine complet sau incomplet (pete) inele de imagine complet sau incomplet (pete) inele de

difracdifracţţie Debye ie Debye

Film policristalin pe un substrat de monocristal

Amestec de granule fine şi grosiere într-un aliaj metalic

Curba de difracţie liniar convenţională ar trebui să aducă informaţii despre un monocristal sau granulaţia unei pulberi

DifracDifracţţia liniară ia liniară (1D) (1D) are o rezoluare o rezoluţţie mult mai ie mult mai

bună bună şşi un zgomot scăzuti un zgomot scăzut

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

2θ (deg.)

Inte

nsity

(a.

u.)

[HighRes_run113_12hr scan.xml] run113 mono-Y2O3 OVD

59 60 61 62 63 64 65 66 67 68

Curbele de difracCurbele de difracţţie sunt foarte bine raportate utilizând ie sunt foarte bine raportate utilizând

ddhklhkl şşi intensitatea relativă i intensitatea relativă mai degrabă decât mai degrabă decât 22θθθθθθθθ şşi i intensitatea absolutăintensitatea absolută

�� PoziPoziţţia 2ia 2θθ depinde de caracteristicile aparatului precum depinde de caracteristicile aparatului precum şşi de i de lungimea de undă a radialungimea de undă a radiaţţiei.iei.

�� PoziPoziţţia picului ca ia picului ca ddhklhkl este intrinsecă este intrinsecă, c, ca proprietate a proprietate independentă a materialuluiindependentă a materialului..

•• Principiul Principiul BraggBragg este utilizat pentru conversia 2este utilizat pentru conversia 2θθ îîn n ddhklhkl..

�� Intensitatea absolutăIntensitatea absolută, c, ca de exemplu numărul de undă al radiaa de exemplu numărul de undă al radiaţţiei X iei X care dă un piccare dă un pic, p, poate varia datorită caracteristicilor difractometrului oate varia datorită caracteristicilor difractometrului şşi parametrii experimentali. i parametrii experimentali.

�� IntensităIntensităţţile relative ale picurilor de difracile relative ale picurilor de difracţţie pot fi independente ie pot fi independente de instrument/aparat.de instrument/aparat.

•• Intensitatea relativă calculatăIntensitatea relativă calculată, r, reprezintă intensitatea picurilor eprezintă intensitatea picurilor raportată la intensitatea picului celui mai mareraportată la intensitatea picului celui mai mare, raportat la , raportat la 100. Deci, picul cu cea mai mare intensitate este cel numit 100. Deci, picul cu cea mai mare intensitate este cel numit picul de picul de ““100%100%””..

�� Ariile picurilor sunt mult mai fiabile decât Ariile picurilor sunt mult mai fiabile decât îînălnălţţimile picurilor ca o imile picurilor ca o măsură de intensitatemăsură de intensitate..

DifracDifracţţia pulberilor constă ia pulberilor constă îîntrntr--o o îînregistrare a intensitănregistrare a intensităţţii de foton ii de foton

funcfuncţţie de unghiul de detector ie de unghiul de detector 22θθθθθθθθ ..

�� Datele de difracDatele de difracţţie pot fi reduse la o listă de poziie pot fi reduse la o listă de poziţţii ii şşi intensităi intensităţţi a picurilori a picurilor

�� fiecare fiecare ddhklhkl corespunde unei corespunde unei familii familii de plane atomice {de plane atomice {hklhkl}}

�� planele individuale nu pot fi separate planele individuale nu pot fi separate –– această este o limitarea a această este o limitarea a

difracdifracţţiei de raze X iei de raze X îîn cazul difracn cazul difracţţiei unui monocristal.iei unui monocristal.

{202}{202}

{113}{113}

{006}{006}

{110}{110}

{104}{104}

{012}{012}

hklhkl

1.41.41.96801.9680

100.0100.02.09032.0903

1.91.92.17012.1701

36.136.12.38522.3852

85.885.82.55832.5583

49.849.83.49353.4935

IntensitateaIntensitatea relativă relativă

(%)(%)

ddhklhkl ((ÅÅ) )

328.0000328.000025.720025.7200

380.0000380.000025.680025.6800

456.0000456.000025.640025.6400

732.0000732.000025.600025.6000

1216.00001216.000025.560025.5600

1720.00001720.000025.520025.5200

2104.00002104.000025.480025.4800

1892.00001892.000025.440025.4400

1488.00001488.000025.400025.4000

1088.00001088.000025.360025.3600

752.0000752.000025.320025.3200

576.0000576.000025.280025.2800

460.0000460.000025.240025.2400

372.0000372.000025.200025.2000

Intensity Intensity [[ctscts]]

PositionPosition[[°°22θθ]]

Datele brute Lista redusă d-I

Ce se poate determina prin difracCe se poate determina prin difracţţie de raze X?ie de raze X?

��CompoziCompoziţţia ia fazalăfazală a materialelora materialelor

�� analize calitative analize calitative şşi semii semi--cantitative sau cantitativecantitative sau cantitative: : determindetermină ă cantităcantităţţi relative dei relative de faze dintrfaze dintr--un amestec prin raportarea la un amestec prin raportarea la intensităintensităţţile relative ale picurilor.ile relative ale picurilor.

��Parametrii celulei cristaline elementare Parametrii celulei cristaline elementare şşi simetria rei simetria reţţelei elei BravaisBravais

�� indexindexul poziul poziţţiilor picuriloriilor picurilor�� parameterparameteri de rei de reţţea ea pot varia pot varia şşi pot da informai pot da informaţţii despre ii despre aliaje, doaliaje, dopăripări, solu, soluţţii solide, ii solide, deformărideformări etc.etc.

��DeformaDeformaţţie rezidualăie reziduală (macro(macrodeformadeformaţţieie))

��Structura cristalinăStructura cristalină

�� prin prin softurisofturi specializate, ca de exempluspecializate, ca de exemplu RietveldRietveld, , are loc are loc rafinarea spectrului rafinarea spectrului total de difractotal de difracţţie.ie.

�� EpitaxieEpitaxie//TexturăTextură//OrientareOrientare

�� Dimensiune de cristalit Dimensiune de cristalit şşi i microdeformamicrodeformaţţiiii

�� indicateindicate prin lărgirea picului prin lărgirea picului

�� alte defectealte defecte ((concentrareconcentrare de defectede defecte etc.) etc.) pot fi măsurate prin pot fi măsurate prin analize a formei picurilor analize a formei picurilor şşi lărgimea picurilori lărgimea picurilor�� Comportarea la aplicarea tratamentului termicComportarea la aplicarea tratamentului termic

Identificarea de fazeIdentificarea de faze

�� DifractogramaDifractograma pentru fiecare fază pentru fiecare fază este ca o amprentă a saeste ca o amprentă a sa

�� Fazele cu aceeaFazele cu aceeaşşi compozii compoziţţie chimică pot avea ie chimică pot avea difractogramedifractogramefoarte diferite.foarte diferite.

�� Utilizarea poziUtilizarea poziţţiei iei şşi a intensităi a intensităţţii relative a unor seri de picuri ii relative a unor seri de picuri pentru compararea datelor experimentale cu cele de referinpentru compararea datelor experimentale cu cele de referinţţă ă existente existente îîn baza de daten baza de date..

Bazele de date sunt baze ce conBazele de date sunt baze ce conţţin fise de difracin fise de difracţţie (ie (DiffractionDiffraction

File File –– PDF/ASTM) conPDF/ASTM) conţţin liste de in liste de dd--II pentru mii de faze cristaline. pentru mii de faze cristaline.

�� Baza PDF conBaza PDF conţţine peste 200.000 ine peste 200.000 difractogramedifractograme..�� SofturileSofturile moderne ne ajută la interpretarea moderne ne ajută la interpretarea difractogrameidifractogramei

experimentale prin compararea acesteia cu totalitatea fiexperimentale prin compararea acesteia cu totalitatea fişşelor din elor din baza de date din anumite domenii alese (de exemplu Chimie baza de date din anumite domenii alese (de exemplu Chimie anorganicăanorganică, C, Chimie organicăhimie organică, Aliaje , Aliaje e.t.ce.t.c).).

�� O fiO fişşă PDF sau ASTM conă PDF sau ASTM conţţin o mulin o mulţţime de informaime de informaţţii utile, incluzând ii utile, incluzând şşi referini referinţţele de literaturăele de literatură. .

Analizele cantitative de fazeAnalizele cantitative de faze

�� Cu date de Cu date de îînaltă calitate putem determina concentranaltă calitate putem determina concentraţţia ia

fiecărei faze fiecărei faze îîn proba de analizatn proba de analizat

�� trebuie cunoscută constanta de volum asumatătrebuie cunoscută constanta de volum asumată

�� Raportul intensităRaportul intensităţţilor picului variază liniar ilor picului variază liniar îîn funcn funcţţie de ie de

fracfracţţiile iile masicemasice pentru orice două faze pentru orice două faze îîn amestecn amestec

�� este nevoie să se cunoască constanta de proporeste nevoie să se cunoască constanta de proporţţionalitateionalitate

�� Metoda Metoda RIR RIR ((Reference Intensity RatioReference Intensity Ratio) e) este rapidă ste rapidă şşi dă i dă

rezultate semirezultate semi--cantitative sau cantitative.cantitative sau cantitative.

�� este nevoie să se alegă riguros etalonuleste nevoie să se alegă riguros etalonul

�� FitareaFitarea difractogrameidifractogramei şşi rafinarea prin softul i rafinarea prin softul RietveldRietveld este este

mult mai exactă ca metodă de analiză dar mult mai complicată mult mai exactă ca metodă de analiză dar mult mai complicată

datorită complexitădatorită complexităţţii softului.ii softului.

Analizele cantitative de fazeAnalizele cantitative de faze

�� Metoda Metoda RIR RIR ((Reference Intensity RatioReference Intensity Ratio) e) este rapidă ste rapidă şşi dă rezultate i dă rezultate semisemi--cantitative sau cantitative.cantitative sau cantitative.

�� este nevoie să se alegă riguros etalonuleste nevoie să se alegă riguros etalonul

0

10

20

30

40

50

60

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

X(phase a)/X(phase b)

I(p

has

e a

)/I(

ph

aseb

) unde:

I (phase a) sau I – intensitatea probei de analizat;

I (phase b) sau Ic– intensitatea etalonului sau materialului de referinţă;

X(phase a) sau X – fracţia de fază a în amestecul a+b analizat;

X(phase b) sau Xc– fracţia de fază a în amestecul a+b analizat

Analizele cantitative de fazeAnalizele cantitative de faze�� Metoda Metoda RIRRIR

Formula este asemănătoare, dar difractograma, structura şi I/Ic sunt distinct diferite

TiO2AnataseI/Ic = 5.04

tetragonal (corp centrat)

ortorombictetragonal(pseudo-octaedral)

TiO2RutileI/Ic = 3.54

TiO2BrookiteI/Ic = 3.06

��FitareaFitarea difractogrameidifractogramei şşi rafinarea prin softul i rafinarea prin softul RietveldRietveld este mult este mult

mai exactă ca metodă de analiză dar mult mai complicată datoritămai exactă ca metodă de analiză dar mult mai complicată datorităcomplexităcomplexităşşiiii softului.softului.

Rafinare de parametrii de celulă cristalinăRafinare de parametrii de celulă cristalină

Prin măsurarea cu acuratePrin măsurarea cu acurateţţe a pozie a poziţţiilor de maxim de pic pe un interval iilor de maxim de pic pe un interval mare 2 teta, putem determina parametrii de remare 2 teta, putem determina parametrii de reţţea ai celulei ea ai celulei îîn proba de n proba de analizat:analizat:

�� alierea, doparea alierea, doparea substitusubstituţţionalăională, temperatura , temperatura şşi presiune etc.i presiune etc. pot crea pot crea schimbări schimbări îîn parametrii de ren parametrii de reţţea care se doreea care se doreşşte a fi cuantificat;te a fi cuantificat;

�� folosirea picurilor importante pe un interval mare 2 teta astfelfolosirea picurilor importante pe un interval mare 2 teta astfel îîncât să ncât să se poată identifica se poată identifica şşi corecta erorile sistematice, cum ar fi modelul de i corecta erorile sistematice, cum ar fi modelul de deplasare deplasare şşi de trecere de la zero;i de trecere de la zero;

�� măsurarea pozimăsurarea poziţţiilor de maxim ale picurilor cu un algoritm de căutare a iilor de maxim ale picurilor cu un algoritm de căutare a picului sau unul de picului sau unul de fitarefitare profil:profil:

•• fitareafitarea de profil este mult mai bună de profil este mult mai bună, d, dar necesită perioadă de ar necesită perioadă de timp mare;timp mare;

�� apoi se realizează rafinarea numerică a parametrilor de reapoi se realizează rafinarea numerică a parametrilor de reţţea.ea.

23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 412θ (deg.)

Inte

nsity

(a.

u.)

00-043-1002> Cerianite- - CeO2

Dimensiunea de cristalit Dimensiunea de cristalit şşi i microdeformamicrodeformaţţiileiile

�� CrCriistalitestalitele mai mici dele mai mici de ~120nm ~120nm produc extindereaproduc extinderea/l/lăărgireargirea picului picului de difracde difracţţieie

�� Această lărgire a piculuiAceastă lărgire a picului, p, poate fi utilizată la calcularea oate fi utilizată la calcularea dimensiunii medii de cristalit dimensiunii medii de cristalit îîn n nanoparticulenanoparticule folosind ecuafolosind ecuaţţia ia ScherrerScherrer..

�� Trebuie să se cunoască contribuTrebuie să se cunoască contribuţţia lărgimii picului de la aparat ia lărgimii picului de la aparat prin utilizarea unei curbe de calibrare.prin utilizarea unei curbe de calibrare.

�� MicrodeformaMicrodeformaţţiileiile pot de asemenea crea lărgirea picului pot de asemenea crea lărgirea picului

�� Analiza lăAnaliza lăţţimilor de pic pe un interval larg 2 teta folosind imilor de pic pe un interval larg 2 teta folosind o o reprezentare grafică reprezentare grafică WilliamsonWilliamson--Hull Hull ne poate permite ne poate permite separarea separarea microdeformamicrodeformaţţiiloriilor şşi a dimensiunii de cristaliti a dimensiunii de cristalit

( )θ

λθ

cos2

L

KB =

Orientare preferenOrientare preferenţţialăială ((texturtexturăă))

��Orientarea preferenOrientarea preferenţţială a cristalitelor poate crea o variaială a cristalitelor poate crea o variaţţie ie sistematică sistematică îîn intensităn intensităţţile picurilor de difracile picurilor de difracţţieie

-- putem realiza analize calitative utilizând o imagine de difracputem realiza analize calitative utilizând o imagine de difracţţie 1D;ie 1D;

-- difractogramadifractograma 2 2D prezintă D prezintă îîn general o singură interferenn general o singură interferenţţăă, , aceasta aceasta şşi i îîn funcn funcţţie de ie de îînclinarenclinareaa şşii de de rotarotaţţieaiea probeiprobei..

��Această orientare poate fi folosită la cuantificarea texturiiAceastă orientare poate fi folosită la cuantificarea texturii

(111)

(311)(200)

(220)

(222)(400)

40 50 60 70 80 90 100Two-Theta (deg)

x103

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

Inte

nsity

(Cou

nts)

00-004-0784> Gold - Au

TehniTehnicici de difracde difracţţie de raze Xie de raze X

�� DifracDifracţţia de raze X pe pulberiia de raze X pe pulberi (XRPD)(XRPD)

�� DifracDifracţţie pe monocristalie pe monocristal (SCD)(SCD)

�� DifracDifracţţie ie LaueLaue de reflexiede reflexie ((fărăfără acronacroniim)m)

�� DifracDifracţţie de unghi incident razant ie de unghi incident razant (GIXD)(GIXD)

�� RadiaRadiaţţii X reflectiveii X reflective (XRR)(XRR)

�� DifracDifracţţia de raze X la unghiuri mici ia de raze X la unghiuri mici (SAXS)(SAXS)

�� Mai este cunoscută ca Mai este cunoscută ca şşi difraci difracţţie de raze X pe materiale policristaline ie de raze X pe materiale policristaline ��probe sinterizate, acoperiri probe sinterizate, acoperiri şşi straturi subi straturi subţţiri, foi metalice iri, foi metalice etc.etc.

�� Este utilizată pentruEste utilizată pentru::

�� Determinarea compoziDeterminarea compoziţţiei iei fazalefazale cristaline cristaline –– analiză calitativă analiză calitativă

�� Analiza cantitativă a fazelor analizateAnaliza cantitativă a fazelor analizate�� Determinarea parametrilor de reDeterminarea parametrilor de reţţeaea

�� Structura cristalinăStructura cristalină

�� Calcularea dimensiunii medii a cristalitelor Calcularea dimensiunii medii a cristalitelor îîn probele n probele nanocristalinenanocristaline

�� Determinarea Determinarea microdeformamicrodeformaţţiiloriilor cristalitelorcristalitelor�� TexturTexturaa

�� DeformaDeformaţţia rezidualăia reziduală

�� DifracDifracţţie ie inin--situ (situ (de lade la 11 K 11 K lala 1200C 1200C îîn an aerer, vacuum , vacuum sausau gaz gaz inert)inert)







�� Unghiul incident este fixat la un unghi foarte mic (<5Unghiul incident este fixat la un unghi foarte mic (<5°°) a) aşşa că a că fascicolul de radiafascicolul de radiaţţie X este ie X este concentrat doar concentrat doar îîn partea de susn partea de sus--foarte foarte aproape de suprafaaproape de suprafaţţa probeia probei. .

�� GIXD poate furniza importante informaGIXD poate furniza importante informaţţii alături de XRPDii alături de XRPD; GIXD ; GIXD aduce informaaduce informaţţii ii îîn plus n plus ţţinânduinându--se cont că informase cont că informaţţia este ia este îîn n funcfuncţţie de adâncimea de pătrundereie de adâncimea de pătrundere, colectându, colectându--se difracse difracţţii de raze ii de raze X succesive cu unghiuri incidente variabile:X succesive cu unghiuri incidente variabile:

�� orientarea filmului suborientarea filmului subţţire faire faţţă de substrată de substrat�� nepotrivire de renepotrivire de reţţea cristalină ea cristalină îîntre film ntre film şşi substrati substrat

�� epitaxieepitaxie/textu/texturără

�� macromacro-- şşi i microdeformamicrodeformaţţiiii�� harta reciprocă de spaharta reciprocă de spaţţiu iu ��grosimea filmului.grosimea filmului.







�� Un unghi incident oblic, dar Un unghi incident oblic, dar variat, combinat cu variat, combinat cu un un unghiunghilala detector detector potrivit pentru a potrivit pentru a captacapta razelerazele X X reflectatereflectate de la de la suprafasuprafaţţa probeia probei

�� InterferenInterferenţţele franjuri ele franjuri îîn n semnalul reflectat pot fi semnalul reflectat pot fi utilizate la determinarea:utilizate la determinarea:�� grosimea subgrosimea subţţire a ire a

straturilor ce alcătuiesc straturilor ce alcătuiesc filmulfilmul

�� densitatea densitatea şşi compozii compoziţţia ia straturilor de film substraturilor de film subţţireire

�� rugozitatearugozitatea//asperitatea asperitatea filmelor filmelor şşi interfei interfeţţelor elor







�� Este utilizată pentru determinarea orientării cristalului Este utilizată pentru determinarea orientării cristalului

�� Fascicolul este iluminat cu radiaFascicolul este iluminat cu radiaţţii ii ““albe,,albe,,�� Sunt utilizate filtre pentru schimbarea caracteristici de lungiSunt utilizate filtre pentru schimbarea caracteristici de lungime de me de undă a radiaundă a radiaţţilor provenite de la sursa de radiailor provenite de la sursa de radiaţţii X (tub)ii X (tub)�� RadiaRadiaţţia ia BremsstrahlungBremsstrahlung este neglijată este neglijată

�� RadiaRadiaţţii slab răspândite ii slab răspândite îîntrntr--o gamă de lungimi de undăo gamă de lungimi de undă�� Proba de monocristal produce difracProba de monocristal produce difracţţie ie îîn acord cu principiul n acord cu principiul BraggBragg

��ÎÎn loc de scanarea la unghi 2n loc de scanarea la unghi 2 teta teta, s, se realizează difrace realizează difracţţia planelor ia planelor cristalografice multiple, noi realizând astfel scanare de lungimcristalografice multiple, noi realizând astfel scanare de lungime de e de undăundă..��Planele diferite Planele diferite difracteazădifractează la diferite lungimi de undă la diferite lungimi de undă îîn fascicolul n fascicolul de raze X, producând o serie de spoturi de difracde raze X, producând o serie de spoturi de difracţţie.ie.







�� Fascicul Fascicul îînalt colimat combinat cu o distannalt colimat combinat cu o distanţţă lungă ă lungă îîntre probă ntre probă şşi i detector, permitedetector, permite măsurători sensibile ale razelor X de către detector măsurători sensibile ale razelor X de către detector, , care sunt doar abia care sunt doar abia îîmprămprăşştiate de probă tiate de probă (unghiul de (unghiul de îîmprămprăşştiere <6 tiere <6 °°))

�� Scala de lungime a lui d (Scala de lungime a lui d (ÅÅ) este invers propor) este invers proporţţională cu cea a ională cu cea a unghiului de scanare; prin urmare la unghiuri mici, d este mare unghiului de scanare; prin urmare la unghiuri mici, d este mare îîn n probăprobă..

�� Se pot stabili caracteristici ale unor mărimi de peste Se pot stabili caracteristici ale unor mărimi de peste 200nm200nm�� Stabilirea caracteristicilor Stabilirea caracteristicilor microstructuralemicrostructurale şşi cristalograficei cristalografice

�� Este folosită pentru determinareaEste folosită pentru determinarea::�� cristalinităcristalinităţţii polimerilor, prezenii polimerilor, prezenţţa moleculelor organice (de a moleculelor organice (de

exemplu proteine) exemplu proteine) îîn solun soluţţie;ie;�� informainformaţţii structurale la nivel al lungimii d la scală ii structurale la nivel al lungimii d la scală nanometricănanometrică şşi i

submicronicăsubmicronică; ; �� repartizarea pe scale de lungimi repartizarea pe scale de lungimi mezomezo-- şşi nano a moleculelor i nano a moleculelor

autoasamblateautoasamblate şşi/sau a porilor;i/sau a porilor;�� dispersia cristalitelor dispersia cristalitelor îîn matrice.n matrice.







�� Este folosită pentru determinareaEste folosită pentru determinarea::

�� structurii cristalinestructurii cristaline

�� orientăriiorientării�� gradului de cristalinitategradului de cristalinitate

�� Proba este iluminată cu radiaProba este iluminată cu radiaţţie X monocromaticăie X monocromatică

�� axele probei, cele ale goniometrului axele probei, cele ale goniometrului şşi 2 teta sunt rotite astfel i 2 teta sunt rotite astfel îîncât spoturile de difracncât spoturile de difracţţie captate să aparie captate să aparţţină de la cel puină de la cel puţţin o in o emisferăemisferă;;

�� este mult mai ueste mult mai uşşor de indexat or de indexat şşi de stabilit structura cristalină i de stabilit structura cristalină deoarece există un pic de difracdeoarece există un pic de difracţţie de intensitate mare, unic.ie de intensitate mare, unic.







�� Bombardarea cu un fascicul de radiaBombardarea cu un fascicul de radiaţţii ii X a unui monocristal va produce spoturi X a unui monocristal va produce spoturi de difracde difracţţie sub forma unei sfere ie sub forma unei sfere îîn jurul n jurul unui cristal :unui cristal :

�� Fiecare spot de difracFiecare spot de difracţţie ie corespunde unui singur corespunde unui singur ((hklhkl))

�� DistribuDistribuţţia spoturilor de difracia spoturilor de difracţţie ie este dependentă de structura este dependentă de structura cristalului cristalului şşi de i de orienatreaorienatreacristalului cristalului îîn difractometrun difractometru

�� CondiCondiţţia de difracia de difracţţie este bine ie este bine ilustrată cu sferele ilustrată cu sferele EwaldEwald îîn span spaţţiul iul reciprocreciprocee

*Spoturile de difracţie se mai numesc şi reflecţii.







Date post:	26-Jun-2015
Category:	Documents
Upload:	dlxxll
View:	170 times
Download:	2 times

Tehnici Experiment Ale Pentru Nano- Si Microstructuri -C3

Documents