In-situ experimenty NFS

Podobné dokumenty
Základy Mössbauerovy spektroskopie. Libor Machala

Studijní text ke kurzu NRS

Elektromagnetické záření. lineárně polarizované záření. Cirkulárně polarizované záření

13. Spektroskopie základní pojmy

Vybrané spektroskopické metody

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

Spektroskopie subvalenčních elektronů Elektronová mikroanalýza, rentgenfluorescenční spektroskopie

Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec

2. Difrakce elektronů na krystalu

Luminiscence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) fluorescence, fosforescence. chemicky (chemiluminiscence)

Optické spektroskopie 1 LS 2014/15

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenovo záření. Vznik rentgenova záření. Metody využívající RTG záření

Metody nelineární optiky v Ramanově spektroskopii

Chemie a fyzika pevných látek l

Chemie a fyzika pevných látek p2

Aplikace jaderné fyziky (několik příkladů)

Tepelné rozklady železo obsahujících sloučenin pohledem Mössbauerovy spektroskopie

Luminiscence. Luminiscence. Fluorescence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) chemicky (chemiluminiscence)

1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.

Přednáška 12. Neutronová difrakce a rozptyl neutronů. Martin Kormunda

c) vysvětlení jednotlivých veličin ve vztahu pro okamžitou výchylku, jejich jednotky

F7030 Rentgenový rozptyl na tenkých vrstvách

Přednáška IX: Elektronová spektroskopie II.

Rentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm

Krystalografie a strukturní analýza

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Možnosti rtg difrakce. Jan Drahokoupil (FZÚ) Zdeněk Pala (ÚFP) Jiří Čapek (FJFI)

Teorie rentgenové difrakce

OPVK CZ.1.07/2.2.00/

Fyzika IV. g( ) Vibrace jader atomů v krystalové mříži

LEED (Low-Energy Electron Diffraction difrakce elektronů s nízkou energií)

SPEKTRÁLNÍ METODY. Ing. David MILDE, Ph.D. Katedra analytické chemie Tel.: ; (c) David MILDE,

1. Proveďte energetickou kalibraci gama-spektrometru pomocí alfa-zářiče 241 Am.

Elektronová mikroskopie II

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Úvod do fyziky tenkých vrstev a povrchů. Spektroskopie Augerových elektron (AES), elektronová mikrosonda, spektroskopie prahových potenciál

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

Kvantitativní fázová analýza

Praktikum III - Optika

LEPTONY. Elektrony a pozitrony a elektronová neutrina. Miony a mionová neutrina. Lepton τ a neutrino τ

Univerzita Palackého v Olomouci Přírodovědecká fakulta. Jaderný rezonanční rozptyl

Metody pro studium pevných látek

Metody analýzy povrchu

1 Teoretický úvod. 1.2 Braggova rovnice. 1.3 Laueho experiment

Univerzita Palackého v Olomouci Přírodovědecká fakulta. Jaderný rezonanční rozptyl

C Mapy Kikuchiho linií 263. D Bodové difraktogramy 271. E Počítačové simulace pomocí programu JEMS 281. F Literatura pro další studium 289

spinový rotační moment (moment hybnosti) kvantové číslo jaderného spinu I pro NMR - jádra s I 0

Urychlovače částic principy standardních urychlovačů částic

Anizotropie fluorescence

Slitiny titanu pro použití (nejen) v medicíně

Lasery RTG záření Fyzika pevných látek

INSTRUMENTÁLNÍ METODY

Spektrometrie záření gama

- Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl. - fluorescence - fosforescence

INTERAKCE IONTŮ S POVRCHY II.

SPEKTROMETRIE. aneb co jsem se dozvěděla. autor: Zdeňka Baxová

PSK1-14. Optické zdroje a detektory. Bohrův model atomu. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka.

RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry) + ERDA (Elastic Recoil Detection) PIXE (Particle Induced X-ray Emission)

RTG difraktometrie 1.

Pozitron teoretická předpověď

4 Přenos energie ve FS

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.

Svazek pomalých pozitronů

Difrakce elektronů v krystalech a zobrazení atomů

Metody analýzy povrchu

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Praktikum z pevných látek (F6390)

Elektronová mikroskopie SEM, TEM, AFM

Vlastnosti atomových jader Radioaktivita. Jaderné reakce. Jaderná energetika

NMR spektroskopie rádiové frekvence jádra spinovou rezonancí jader spinový moment lichý počet

Měření absorbce záření gama

Detekce a spektrometrie neutronů

Proč elektronový mikroskop?

Rozměr a složení atomových jader

Metody spektrální. Metody molekulové spektroskopie NMR. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Úvod do moderní fyziky. lekce 3 stavba a struktura atomu

10/21/2013. K. Záruba. Chování a vlastnosti nanočástic ovlivňuje. velikost a tvar (distribuce) povrchové atomy, funkční skupiny porozita stabilita

Spektrometrie záření gama

Fluorescence (luminiscence)

Dualismus vln a částic

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.8. Laserové zpracování materiálu. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

Neutronové záření ve výzkumných reaktorech. Tereza Lehečková

3. Radioaktivita. Při radioaktivní přeměně se uvolňuje energie. X Y + n částic. Základní hmotnostní podmínka radioaktivity: M(X) > M(Y) + M(ČÁSTIC)

Polovodičové detektory

Elektronová Mikroskopie SEM

DIFRAKCE ELEKTRONŮ V KRYSTALECH, ZOBRAZENÍ ATOMŮ

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Historie zapsaná v atomech

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

METODY ANALÝZY POVRCHŮ

Spektrometrické metody. Luminiscenční spektroskopie

Dynamické procesy & Pokročilé aplikace NMR. chemická výměna, translační difuze, gradientní pulsy, potlačení rozpouštědla, NMR proteinů

Výstupní práce Materiály a technologie přípravy M. Čada

Stručný úvod do spektroskopie

Struktura a vlastnosti kovů I.

Úvod do laserové techniky

Využití iontových svazků pro analýzu materiálů

Studium elektronové struktury povrchu elektronovými spektroskopiemi

3. Vlastnosti skla za normální teploty (mechanické, tepelné, optické, chemické, elektrické).

Fotonásobič. fotokatoda. typicky: - koeficient sekundární emise = počet dynod N = zisk: G = fokusační elektrononová optika

Transkript:

, amorfní slitiny Fe 18. března 211 Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Obsah 1 2 3 57 Fe 9 Zr 7 B 3 - amorfní slitina 4

Obsah 1 2 3 57 Fe 9 Zr 7 B 3 - amorfní slitina 4

Jaderný rezonanční rozptyl (NRS) Jaderný rezonanční rozptyl je jeden z mnoha případů rozptylu elektromagnetického záření na objektech, které jsou předmětem našeho zkoumání. Rezonanční rozptyl na jádrech atomů využívá Mössbauerova jevu Základní a excitovaný stav jádra E g a E e Energetický rozdíl základního a excitovaného stavu E Elektromagnetické záření o energii E γ interaguje se souborem jader Energie E γ = E, rezonance Rezonanční rozptyl Studujeme šíření elektromagnetického záření v rezonančním prostředí jader

Synchrotron Wikipedia: kruhový urychlovač částic, kde elektrické a magnetické pole (urychlující, vychylující) je synchronizováno Nyní - zdroj intenzivního elektromagnetického záření pro výzkumné (ale i jiné) účely Části synchrotronu LINAC - Lineární urychlovač (stabilní částice s nábojem) BOOSTER "hlavní" urychlovač 2-5 GeV Storage ring průměr 1 m - 3 m Beamlines

Synchrotronové záření

Porovnání zdrojů záření Property Synchrotron R. Radioactive Source Spectral flux (ph/s/ev) 2.5 1 12 2.5 1 1 Brightness (ph/s/(ev sr)) 2.8 1 22 2.5 1 13 Brilliance (ph/s/(ev sr mm 2 )) 2.8 1 22 2.5 1 11 Typical beam size (mm2) 1 1 1 1 Focused beamsize (µm 2 ) 6 6 - Energy resolution (nev) - 4.7 Time resolution (ns).7 - Polarization lin. or cir. unpolarized Definice Briliance: Briliance Photons/s mrad 2 mm 2.1%bandwidth. (1)

Klasifikace jaderného rezonančního rozptylu Koherentní - kolektivní excitace- systém beze změny Nekoherentní -systém změněn (konverzní el.) Elastický - beze změny vibrací stíněných jader a delokalizovaných elektronů - vybuzení/pohlcení kmitů mříže (fononů) Neelastický - změny vibrací stíněných jader a delokalizovaných elektronů - vybuzení/pohlcení kmitů mříže (fononů) Elastický koherentní Jaderný dopředný rozptyl (Nuclear Forward Scattering, NFS) Jaderný Braggovský rozptyl NBS (Nuclear Bragg scattering, NBS) Neelastický Jaderný rezonanční neelastický rozptyl (Nuclear Resonance Inelastic X-ray Scattering, NRIXS)

Neelastický rozptyl-stručná charakteristika Přímé měření hustoty stavů Lamb-Mössbauerův faktor (f-factor) Příspěvek excitací sítě k vnitřní energii Měrné teplo Vlastní kalibrace energie v podobě bezodrazové emise (elastického peaku)

Koherentní elastický rozptyl-stručná charakteristika Jaderný dopředný rozptyl - Nuclear forward scattering Jaderný Braggovský rozptyl - Nuclear Bragg scattering Obě metody můžeme zařadit mezi hyperjemné metody a hlavní informace, které z nich získáváme, jsou Isomerní posuv- valenční stav Kvadrupólové štěpení- EFG Hyperjemné magnetické pole Složení Využití: Možnost studia rychlých procesů In-situ měření chemických reakcí Studium difuze Braggovská difrakce A další

Koherentní elastický rozptyl NFS - je rezonanční děj = při rozptylu dochází k excitaci jádra Jádro po určitém čase samovolně přechází do základního stavu (deexcituje) Deexcitace se řídí podle rozpadového zákona I = I e t τ Relace neurčitosti τ δe Excitace jaderného systému krátkým pulzem (pulzní charakter synchr. záření) Deexcitace - exp., tři kanály-jaderná rezonanční fluorescence, emise konverzních elektronů, atomová fluorescence (konverzní RTG) Amplitude (a.u.) 1.9.8.7.6.5.4.3.2.1 5 1 15 2 25 3 35 4 time (ns)

Doba života, poločas rozpadu 57 Fe Doda života - 97 ns Délka excitačního pulzu 1 ps Rozptyl na elektronovém obalu (x-ray diffraction) τ e τ n Separace signálu rozptýleného jádry (rezonančně) a elektrony (nerezonančně) Užitečné je pouze rezonančně rozptýlené záření...

Experimentální uspořádání Podle Za každým excitačním pulzem exp. doběh Za každým pulzem detekujeme jeden foton a určujeme dobu příletu Načítáme histogram Umístění detektoru (geometrii experimentu) Energie dopadajícího záření (měněná, konstantní) volíme druh experimentu (NFS, NBS, NRIXS, Grazing incident)

Quantum beats Všechny přechody jsou vybuzeny současně Emitované fotony jednotlivých přechodů jsou koherentní Interference fotonů o různých energiích Charakteristické "zázněje" v časové závislosti intenzity

Mnohonásobný rozptyl, dynamical beats Vzorky větší tloušťky "Reabsorbce" již emitovaného záření

Mnohonásobný rozptyl Vzorky o větší tloušťce Speed-up (stimulovaná emise) Zachytávání záření Dynamical beats Quantum beats

Tvar spektra NFS Interakce jader s okolím (hyperjemná interakce, dipólová interakce) Úhel dopadajícího záření Polarizace dopadajícího záření Typ vzorku (polykrystal, mono krystal), textura Množství rezonujících jader, izotopové obohacení Poloha detektoru, přímý - difraktovaný svazek Teplota Směr dopadajícího svazku vůči magnetickému poli Tloušťka vzorku Distribuce hyperjemného pole

Obsah 1 2 3 57 Fe 9 Zr 7 B 3 - amorfní slitina 4

-úvod Teplotní rozklad K 2 FeO 4 K 2 FeO 4 se při teplotě cca 2 C rozkládá na KFeO 2 Rozklad z původně paramagnetické látky Fe(VI) na ferromagnetickou Fe(III) Je rozklad přímý (bez meziproduktů) nebo s meziproduktem? Hledáme meziprodukty o mocenství Fe(V) a Fe(IV) Neznáme tloušťku vzorku ani Debyeovu teplotu Známe výchozí materiál i produkt Hledáme v teplotní závislosti meziprodukty o mocenství Fe(V) a Fe(IV) Měření - 3 K, prekurzor i produkt s i bez reference isomerního posuvu (SS)

- prekurzor, T=3 K Amplitude (a.u.) 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2 4 6 8 1 12 14 16 time (ns) experiment fit Singlet, ani žádná modifikace parametrů nevysvětlí zvlnění Příměs (nečistota) Fe(OH) 3 (dublet) asi 12 %

- prekurzor + normál, T=3 K Amplitude (a.u.) 12 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1 12 14 16 time (ns) experiment fit Amplitude (a.u.) 45 4 35 3 25 2 15 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 time (ns) Známý materiál - Nerez široký singlet, známý IS Určíme IS našeho prekurzoru experiment fit-no-w IS =.839 IS(Ferr) = -.968 mm/s, IS(SS)= -.129 mm/s

- produkt, T=3 K Amplitude (a.u.) 1 1 1 1 experiment fit-no-w 1 2 4 6 8 1 12 14 16 time (ns)

- produkt, T=3 K Isomerní posuvy- v souladu s lit. Magnetické pole u KFeO 2 v souladu s lit. Po 4 h. nedošlo k celkové transformaci. Amplitude (a.u.) 1 1 1 1 experiment fit-no-w Komponenta W IS (mm/s) Q (mm/s) B (T) Prekurzor.22 -.97 Nečistota.8.239.45 Produkt.7.124.2 49.79 1 2 4 6 8 1 12 14 16 time (ns)

- izotermická transformace, část bez IS standardu Amplitude (a.u.) 1 t-1 t-2 t-3 t-4 t-5 t-6 t-7 1 4 6 8 1 12 14 16 time (ns)

- izotermická transformace, část s IS standardem Amplitude (a.u.) 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 4 6 8 1 12 14 16 time (ns) t-1 t-2 t-3 t-4 t-5 t-6 t-7

- teplotní rozklad, ostatní parametry 1.9.8.7 K2FeO4 KFeO2 FeOOH Amount of materials.6.5.4.3.2.1 -.1 2 4 6 8 1 12 14 time (min) Obrázek: Množství materiálu během dekompozičního procesu. Průběh chemické reakce Meziprodukt neidentifikován Příliš zašuměná data, nutnost použití obohaceného materiálu

Obsah 1 2 3 57 Fe 9 Zr 7 B 3 - amorfní slitina 4

57 Fe 9 Zr 7 B 3 Materiál : 57 Fe 9 Zr 7 B 3 Izotopické obohacení cca 63 % Příprava - fast wheel quenching methode Struktura : amorfní materiál + α-fe (povrch 7 %, 1 %, bulk cca 1-2 %) Studium rekrystalizace na α-železo Cíl: prostudovat dynamiku krystalizačního procesu v závislosti na vnějších podmínkách in-situ experimentem První a druhá krystalizace (782 K, 931 K) DSC experimenty, výsledek závisí na rychlosti ohřevu vzorku.

Experimenty In-situ NFS experimenty. ID 18, ID 22 ESRF, Grenoble (prof. Miglierini) Izotermický ex. v poli B = T, T = 743 K (47 C), 753 K (48 C), 783 K ( 51 C) Dynamický ex. v poli B = T, T = 1K (do 15 K), 5 K/min, Každý experiment 1-2 h, spektrum/min

Obsah 57 Fe9 Zr7 B3 - amorfní slitina 9 8 7 6 5 4 3 2 1 file. no = time(min) 2 4 6 6 4 3 2 1 2 9 8 7 6 5 4 3 2 1 4 9 8 7 6 5 4 3 2 1 5 8 1 12 14 16 time (ns) 14 12 1 8 6 4 2 2 6 file. no = time(min) 14 12 1 8 6 4 2 8 1 12 14 16 time (ns) file. no = time(min) file. no = time(min) 3D grafy, kvalitativní zhodnocení experimentů 4 6 8 1 12 14 16 time (ns) 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2 4 6 8 1 12 14 16 time (ns) Obrázek: a) izoterm. T = 47 C b) izoterm. T = 48 C c) izoterm. T = 51 C d) izoterm. dynamický

Výsledky a interpretace Představuji jednu z možných interpretací Jakékoli nápady, poznamky jsou vítány W1, Is1 = Is1 r Is2 r W2, Q2 =, Is2 = W3, Is3 = Is3 r Is2 r

Vyhodnocení spekter Vyhodnocení v oblasti krystalizace Program CONUSS Model: doublet (1) - distribuce Q, sextet (2)-ostrá hodnota B (krystalická fáze, sextet (3)-distrib B (gaussovská distribuce) Fitované hyp. parametry Zastoupení komponent IS 1, IS 3 Q 1, Q 3, Q 2 = B 2, B 3 Θ, scaling, Q 2 =

T = 47 C Amplitude (a.u.) 1.9.8.7.6.5.4.3.2.1 2 4 6 8 1 12 14 time (min.) W1 W2 W3 B (T) 28 27 26 25 24 23 22 21 2 4 6 8 1 12 14 time (min.) B-W2 B-W3 Obrázek: Izotermický, T = 47, a) množství fáze, b) hyperjemné pole nárůst sextetu s distribucí saturace nárůst krystalické fáze

T = 47 C IS (mm/s).3.25.2.15.1.5 -.5 -.1 -.15 -.2 IS-(W1-W2) IS-(W3-W2) 2 4 6 8 1 12 14 time (min.) Q (mm/s) 1.5 -.5-1 -1.5 2 4 6 8 1 12 14 time (min.) Q-W1 Q-W1 Obrázek: a- Isomerní posuv, b- kvadrupolové štěpení Vrátíme s k tomu později

Interpretace zárodky růst zrn saturace

Poměr krystalické a interfaciální komponenty Amplitude (a.u.) 3 2.5 2 1.5 1.5 2 4 6 8 1 12 14 T (K) W2 W2 W2

T = 48 C Amplitude (a.u.) 1.9.8.7.6.5.4.3.2.1 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 time (min.) W1 W2 W3 B (T) 27 26 25 24 23 22 21 1 15 2 25 3 35 4 45 5 5 time (min.) B-W2 B-W3 Obrázek: Izotermický, T = 48 C, a) množství fáze, b) vpravo hyperjemné pole

T = 51 C Amplitude (a.u.) 1.9.8.7.6.5.4.3.2.1 -.1 1 2 3 4 5 6 time (min.) W1 W2 W3 B (T) 28 27 26 25 24 23 22 21 1 2 3 4 5 6 time (min.) B-W2 B-W3 Obrázek: Izotermický, T = 51 C, a) množství fáze, b) vpravo hyperjemné pole

Normalizace na konstantní rychlost, množství fází Amplitude (a.u.) 1.8.6.4.2 dyn W1 51 W1 48 W1 47 W1-5 5 1 time (min.) Amplitude (a.u.).6.5.4.3.2.1 dyn. W2 51 W2 48 W2 47 W2-5 5 1 time (min.) Amplitude (a.u.).4.35.3.25.2.15.1.5 dyn. W3 51 W3 48 W3 47 W3-5 5 1 time (min.)

Normalizace na konstantní rychlost, Is Is (mm/s).1.5 -.5 -.1 -.15 -.2 -.25 51 W3 48 W3 47 W3 -.3-1 1 2 3 4 5 norm. time (min.) Is (mm/s).3.2.1 -.1 -.2 51 W3 48 W3 47 W3 -.3-1 1 2 3 4 norm. time (min.)

Normalizace na konstantní rychlost, Q Q (mm/s) -.35 -.4 -.45 -.5 -.55 -.6 51 W3 48 W3 47 W3 -.65-8 -6-4 -2 2 4 6 8 1 norm. time (min.) Q (mm/s) 1.5 -.5-1 -1.5 51 W3 48 W3 47 W3-2 -8-6 -4-2 2 4 6 8 norm. time (min.)

Avramiho, Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avramiho rovnice X = V V t V V (2) X = 1 e Ktn (3) K-konstanta úměrná rychlosti nukleace, n-avramiho exponent 1.9.8 W1 f(x) 1.2 1 W1 f(x) 1.2 1 W1 f(x) Amplitude (a.u.).7.6.5.4.3.2 k =.776764 k = 1.7432 k = 15.888 Amplitude (a.u.).8.6.4.2 k =.327437 k = 1.36582 k = 14.317 Amplitude (a.u.).8.6.4.2 k =.238192 k = 3.28397 k = 11.922.1 -.1 2 4 6 8 1 12 14 -.2 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 -.2 1 2 3 4 5 6 time (min.) time (min.) time (min.)

Avramiho, Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avramiho rovnice experiment K n isoterm. 47 C.65 1.79 isoterm. 48 C.32 1.37 isoterm. 51 C.231 3.28 dynamic. 1 C/min.29 2.66

Druhá krystalizace Amplitude (a.u.) 1.9.8.7.6.5.4.3.2.1 55 6 65 7 75 8 85 9 95 1 T (K) W1 W2 W3 Amplitude (a.u.) 1.9.8.7.6.5.4.3.2.1 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 time (min) W1 W2 W3

Obsah 1 2 3 57 Fe 9 Zr 7 B 3 - amorfní slitina 4

Obsah In-situ krystalizace, isotermní podmíky Rychlost krystalizace závislá na teplotě krystalizace Nárůst hyperjemného pole interfaciální komponenty během krystalizace až po bod saturace S teplotou transformace roste podíl interfaciální vrstvy Růst krystalových zrn až po dotknutí se Průběh druhé krystalizace byl pozorován i po poklesu teploty pod druhou krystalizační teplotu

Konec Obsah Děkuji za pozornost