Karakterizacija kristalininih materialov z rentgensko prakovno difrakcijo SIMONA

Karakterizacija kristaliničnih materialov z rentgensko praškovno difrakcijo SIMONA MENIČ LJUBLJANA, 2013

Uvod Pomembnejša metoda za kvantitativno in kvalitativno karakterizacijo kristaliničnih materialov Periodična urejenost kristalov, sipanje rentgenskih žarkov

Rentgenska praškovna difrakcija (XRD) � Monokromatske rentgenske žarke (0, 5 in 2, 5 Å) � Kot je določen z valovno dolžino in dhkl � Kristal je orientiran tako, da žarek pada na vzporedne kristalne ravnine pod kotom Θ (Braggov pogoj): n · λ = 2 · dhkl · sinθ n – celo število λ – valovna dolžina vpadnega rentgenskega žarka dhkl – razdalja med dvema sosednjima ravninama θ – polovica uklonskega kota oz. polovica kota med primarnim in sekundarnim žarkom

Rentgenska praškovna difrakcija (XRD) Intenziteta uklona: Oblika uklona: Vrsto materiala Velikost delcev Kristaliničnost Deformacije v kristalih Fazno čistost Višji in ožji difrakcijski Spremembe v elementni sestavi max. bolj kristaliničen material

Rentgenska praškovna difrakcija (XRD) � Določitev prisotnih faz – primerjanje s praškovnimi difraktogrami PDF � Določitev in optimizacija strukture za neznano spojino - difrakcija na monokristalu, Rietveldova analiza � Delež posameznih faz – s primerjalno analizo s standardnimi zmesmi � Velikost delcev – s Sherrer-jevo enačbo: D – premer delcev λ – karakteristična valovna dolžina β – širina uklona na polovici višine θB – difrakcijski kot K – Sherrer-jeva konst. (0, 891)

Rentgenska praškovna difrakcija (XRD) Rentgenska cev Protisipna reža Divergenčna reža Johansonovo ogledalo Nosilec za vzorec Sollarjeve reže Podajalec vzorcev Detektor

Rentgenska praškovna difrakcija (XRD) Primer difraktogramov: kristaliničen material amorfen materiala

Rentgenska praškovna difrakcija (XRD) � Primer difraktogramov: Visokotemperaturni XRD (HTXRD)

Določitev strukture na monokristalu Izbira ustreznega kristala in priprava za analizo - 50 m Pridobivanje podatkov o geometriji in simetriji osnovne celice (a, b, c, , simetrija v molekulah…) Meritev intenzitete – računalniško Redukcija podatkov - proces pretvorbe intenzitet v opažene strukturne amplitude

Določitev strukture na monokristalu � Reševanje strukture – Pattersonova metoda in direktne metode � Dopolnjevanje strukture – položaj vseh atomov � Optimizacija strukturnega modela – z metodo najmanjših kvadratov � Interpretacija rezultatov –podajanje geometrije, simetrije osnovne celice, položajem vseh atomov, dolžine vezi, tvorba vodikovih vezi ali VDW interakcij…

Slabosti XRD Samo za kristalinične materiale Kvaliteta posnetka odvisna od količine ter priprave vzorca in spretnosti operaterja Omejitev je tudi velikost kristalov (velike kristalne strukture izmeri bolje, manjše strukture, ki so prisotne v sledovih, ne zazna)

Zaključek Hiter odgovor ali je material kristaliničen ali amorfen Koliko in katere faze so prisotne Natančno in točno določena kristalna struktura