Chemie a fyzika pevných látek l

Transkript

1 Chemie a fyzika pevných látek l p2 difrakce rtg.. zářenz ení na pevných látkch,, reciproká mřížka Doporučená literatura: Doc. Michal Hušák dr. Ing. B. Kratochvíl, L. Jenšovský - Úvod do krystalochemie Kratochvíl B.: Chemie a fyzika pevných látek I. skriptum. VŠCHT Praha ( Kratochvíl B. a spol.: Základy fyziky a chemie pevných látek II. skriptum. VŠCHT Praha 1990.( Kratochvíl B. a kol.: Příklady z fyziky pevných látek. skriptum. VŠCHT Praha 1991.

2 Obsah přednp ednášky Interakce rtg záření s pevnou látkou Difrakce rtg záření Braggova rovnice Roviny (hkl) Ewaldova konstrukce

3 Vlastnosti zářenz ení pro výzkum krystalů λ= Plankova konstanta(h) / (m*v) λ typická vzdálenost mezi zkoumanými objekty Typ záření X-ray, Rentgenové záření pomalé neutrony elektrony zdroj RTG lampa, synchrotron Jaderný reaktor, synchrotron Elektronový mikroskop Charakter interakce s objektem Odraz na elektronech Interakce s jádrem atomů Odraz na elektrostatických potenciálech

4 Elektromagnetické záření

5 Zdroje rentgenového zářenz ení RTG lampa Materiál lampy Mo Cu Co Fe λ(kα) Å (Å=10-10 m)

6 Zdroje rentgenového zářenz ení RTG lampa

7 Zdroje rentgenového zářenz ení synchrotron Výhody ve srovnání s RTG-lampou: vysoká intenzita, nastavitelná vlnová délka, zaostřený svazek

8 Zdroj neutronového zářenz ení jaderný reaktor

9 Zdroj neutronového zářenz ení - štěpný zdroj Princip: -Urychlené vodíkové H - atomy jsou zbavney elektornů (Linac) -Zíkané protony jsou uchovávané v akumulátoru -Dopadem protonů na kapalnou rtuť vznikají neutrony

10 Zdroje elektronů transmisní elektronový mikroskop

11 Interakce krystalu a zářenz ení Absorbce I=I 0 *e -µx Lambertův-Beerův zákon µ - absorbční koeficient, x- tloušťka vrstvy Fluorescence λ prim <λ fluro E prim >E fluor Efektu využívá Rentgenová fluorescenční analýza (analýza obsahu prvků ve vzorku) Rozptyl difrakce λ je konstantní, rozkmitané elektrony dále emitují

12 Srovnání záření atomový rozptylový faktor / typ atomu

13 Srovnání záření atomový rozptylového faktoru / úhel difrakce - pro neutrony rozptylový faktor nezávisí na uhlu rozptylu - pro elektrony schopnost rozptylu s úhlem rychle klesá

14 Srovnání záření atomový rozptylového faktoru / vlnová délka zářenz ení - čím kratší vlnová délka tím menší intenzita difrakce při stejném difrakčním úhlu

15 Výhody a nevýhody různých r typů záření Záření X-ray lampa X-ray synchrotron neutrony Malé krystalymikrokry staly nevhodné ano ne Přesné pozice atomů ano ano ano Viditelnos t lehkých atomů špatná střední výborná Doba experimen tu střední krátká velmi dlouhá Cena experimen tu nízká vysoká vysoká elektrony velmi vhodné ne střední velice krátká nízká

16 Skládání vln

17 Interakce se zářenz ením

18 Interakce se zářenz ením - analogie

19 Braggova rovnice 2d*sin(θ)=n*λ

20 Millerovy indexy d 42 =1/2*d 21

21 Millerovy indexy Millerovy indexy v prostoru Millerovy indexy použité pro popis vnějšího tvaru krystalu pyritu

22 Vztah d-hkld hkl, mřížkové parametry

23 Určen ení mřížkových parametrů kubická soustava Si 1/(d*d) = (h*h+k*k+l*l)/(a*a) = Q /(a*a), λ= θ d=0.5*λ/sin(θ) h,k,l Q=h*h+k*k+l*l a=sqr(q*d*d) Špatná indexace Správná indexace

24 Reciproká mřížka

25 Reciproká mřížka Simulace vážené reciproké mřížky hexagonální ZnS

26 Reáln lná mřížka Simulace reálné mřížky hexagonální ZnS

27 Evaldova konstrukce - sféra

28 Evaldova konstrukce reciproká mřížka

29 Evaldova konstrukce Braggova rovnice sin(θ) = (1/2d)/(1/λ) sin(θ) = λ/2d 2d * sin(θ) = λ

30 Evaldova konstrukce - experiment

31 Ukázka programu diffractogram

32 diffractogram - Laueogram

33 diffractogram - práš ášek

34 Typy difrakčních experimentů Název experimentu Difrakce na monokrystalu Monokrystal Laueho metoda Prášková difrakce Záření monochromatické polychromatické monochromatické Poznámky nutný monokrystal rychle více reflexí, těžká interpretace práškové vzorky, ztráta informace o pozici difrakce

35 Čtyřkruhový difraktometr

36 Difraktometr s plošným detektorem

37 Práš áškový difraktometr

38 Práš áškový difraktometr Bragg-Brentano Brentano semifokusační geometrie Výhody: Intensita difrakce Nevýhody: Preferenční orientace Vhodné pro rutinní laboratorní měření a identifikaci fází

39 Práš áškový difraktometr s pozičně citlivým detektorem

40 Debye-Scherer geometrie Vzorek je v kapiláře Výhody: -snížená preferenční orientace Nevýhody: -nízká intenzita Vhodné pro synchrotron a řešení struktury

41 Debye-Scherer difraktometr Difraktometr s Debye-Scherer geometrií na zdroji ESRF Grenobl