Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Применение методов рентгеновской дифракции для исследования структуры микрокластеров в конденсированных средах Додонов, Вадим Георгиевич

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Додонов, Вадим Георгиевич. Применение методов рентгеновской дифракции для исследования структуры микрокластеров в конденсированных средах : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 02.00.04.- Кемерово, 2000.- 135 с.: ил. РГБ ОД, 61 01-1/646-X

Введение к работе

Актуальность темы. Проблема разработки эффективных методов анализа структуры вещества в ультрадисперсном состоянии становится в последние годы все более острой. Это обусловлено не только необычайной распространенностью ультрадисперсных материалов в народном хозяйстве, но и той огромной ролью, которую они играют сейчас для развития науки и техники. Структурный анализ малых частиц особенно необходим при разработке фундаментальных основ кластерного состояния вещества, которые позволят глубже попять природу многих необычных "явлений, происходящих в ультрадисперсних системах (УДС), и проводить целенаправленный поиск по созданию новых материалов с уникальными электрическими, тепловыми и другими свойствами.

Особенностью структурного анализа УДС является то, что наряду с традиционной информацией об атомной структуре вещества необходимо получать информацию и о структуре надатомиой, то есть, о неоднородностях плотности в диапазоне от 1 до 100 им, и в первую очередь, о размерах отдельных кластеров. Кроме того, исследовашш последних лет все более подтверждают, что для адекватного описания физических явлений, происходящігх в ансамблях ультрадисперсных частиц, наряду с'чисто размерными факторами. необходимо учитывать и статистическую природу этих объектов, проявляющуюся в зависимости их физических свойств от характера пространстветюго расположения частиц и степени их агрегаций.

Ьдйими из наиболее эффективных методов исследования структуры таких неоднородных систем являются методы широко- и малоугловой дифракции рентгеновских лучей, причем малоугловое рассеяние, в принципе, заключает в себе информацию как о полидисперсности, так и об агрегацпонной структуре исследуемого объекта. Однако в научной литературе практически нет работ, в которых бы одновременно ставилась задача нахождения того и другого. Вопросы поиска функций полидисперсности по данным малоугловой дифракции привлекали внимание многих авторов, но отсутствие в их работах должного анализа агрегационных явлений может поставить под сомнение многие из результатов, полученных этими методами. Примерно в таком же состоянии находится проблема исследования структуры сложных многофазных систем с очень широким или многомодальным распределением частиц по размерам.

Особого рассмотрения требует вопрос, касающийся анализа атомной структуры микрокристаллов. Из-за чрезвычайно малого размера областей когерентного рассеяния традиционные методы порошковой рентгенографии часто оказываются непригодными для однозначного определения структурных

параметров в этих системах. Дифракционная картина в области больших углов
нередко напоминает рентгенограмму жидкости или аморфного тела. Неудиви
тельно, что в научной литературе стали появляться работы, в которых пробле
ма изучения атомной структуры разориентированных кластеров решается п\-
iv-vi анализа функций радиального распределения атомов (ФРРА), обычно ис
пользуемых для описания структуры аморфных тел или жидкостей. Разумеет
ся, формальное применение метода ФРРА к ультрадисперсным системам мо
жет вызвать законные возражения, вытекающие, прежде всего, из факта огра
ниченности размеров дифрагирующего объекта. Однако в научной литературе
отсутствуют данные, которые каким-либо образом (теоретически или путем
моделирования) обосновывали бы корректность применения метода ФРРА к
анализу структуры отдельных частиц или их агрегатов.
,

Таким образом, в зависимости от уровня пространственного разрешения,
анализ структуры неупорядоченных ультрадисперсных систем включает в себя
следующие проблемы: анализ всего статистического ансамбля кластеров в це
лом - характера взаимного расположения частиц в пространстве; определение
размеров отдельных кластеров, и, наконец, анализ атомной структуры малых
частиц.'
;' '' "'' >''.'-"' ''' '", _ "';"

Цель работи. используя современные методы вычислительной Математики, разработать универсальный алгоритм поиска функций полидисперсности по данным малоуглового рассеяния, пригодный не только для «классических» систем изолированных частиц ішзкой концентрации, но и для разнородных многофазных систем частиц и их агрегатов, а также, обосновать корректность использования ФРРД для анализа атомной структуры таких объектов. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.

  1. Разработать методику эксперимента и реализовать эффективные алгоритмы первичной обработки данных, позволяющие получать высококачественные кривые малоуглового рассеяния для объектов разнообразной природы.

  2. Разработать подход к расчету функций полидисперсности по кривы» интенсивности малоуглового рентгеновского рассеяния для систем с очень широким распределением неоднородностей по размерам.

  3. Путем компьютерного моделирования исследовать влияние пронесем агрегации частиц на результат расчета фуххцки распределения частиц по раз-

Разработать алгоритмы учета возникающих искажений.

5. Проанализировать особенности функций радиального распределения
атомов для кластеров. Путем компьютерного моделирования исследовать воэ-

' можностн применения метода ФРРА для анализа структуры малых частиц.

6. Применить разработанные методы на практике для исследования ре
альных объектов. Сопоставить результаты с данными других физических ме
тодов.

Научная новизна

Впервые в малоугловом рассеянии предпринята попытка количественного учета агрегационных явлений в полидисперсных системах. Предложена классификация, в)слючающая 8 типов агрегационных структур, различающихся по концентрации частиц и среднему координационному числу. Выявлена взаимосвязь между характерными искажениями функции распределения и типом агрегационной структуры. Показана возможность нахождения функции распределения по размерам частиц, находящихся в состоянии агрегации.

Выяснен смысл функций радиального распределения атомов для малых частиц и теоретически обосновано использование ФРРА как единого (широко-и малоуглового) метода структурного анализа разупорядоченных кластеров.

*" Впервые малоугловое рассеяние использовано как метод регистрации момента фазового перехода в азиде серебра при облучении.

С помощью метода малоуглового рассеяния подтверждена гипотеза, по-
новому объясняющая причину гомогенной неграфитизируемости углеродных
материалов.

Практическая значимость работы

Разработан простой и эффективный метод учета эффектов обрыва при расчете функций распределения частиц по размерам, позволяющий повысить уровень пространственного разрешения при исследовании области самых малых частиц и, кроме того, учесть всевозможные виды паразитного излучения (некогерентного, флуоресцентного и т. п.), что существенно упрощает первичную обработку экспериментальных,кривых малоуглового рассеяния и повышает ее качество.

Предложен простой метод исследования кинетики образования серебряных центров при радиолизе азида серебра, основанный на определении постоянной компоненты интенсивности малоуглового рассеяния.

Предложен чувствительный метод оценки изменения графитизацион-ной способности углеродного материала по данным малоуглового рассеяния

Разработанные методы реализованы в виде пакета прикладных программ с удобным интерфейсом.

Защищаемые положения

  1. Метод автоматического нивелирования эффектов обрыва при решении уравнения полидисперсности.

  2. Взаимосвязь между характерными искажениями массовых функций полидисперсности и типом агрегационной структуры.

  3. ФРРА для кластера имеет асимптотику, определяемую его размером и формой (в отличие от бесконечного аморфного или жидкого объекта).

  1. Результаты исследования нздатомкой структуры ряда гетерогенных систем: продуктов твердофазной реакции радиолитического разложения азида серебра, кластеров сульфида серебра в фотоэмульсиях, ультрадисперсных металлов, полученных химическим путем, и углеродных материалов.

  2. Размер микрокристаллов может быть непосредственно определен по положению локализованной низкочастотной моды в спектре комбинационного рассеяния света, однако для частиц размером менее 40 А нужно учитывать отклонение их акустических свойств от свойств монолитного вещества.

Личный вклад соискателя. Все экспериментальные данные по малоугловому рентгеновскому рассеянию, представленные.в настоящей работе, получены автором самостоятельно. Программное обеспечение для обработки экспериментальных данных и проведения расчетов по компьютерному моделированию также полностью разработано автором.

Модель для описания спектров низкочастотного КРС, использованная в шестой главе, разработана В.К. Малиновским, В.Н. Новиковым и А.П Соко-. ловым (лаборатория КР спектроскопии ИАиЭ СО РАН). Спектры КРС для образцов ультрадисперсных металлов в нафталине получены и обработаны СМ. Кострицким (кафедра экспериментальной физики КемГУ). Дпфрактограммы в области больших углов получены и обработаны В.М. Пугачевым (лаборатория рештеноструктурного анализа КемГУ). Химический анализ граф:ггюашіоішой способности образцов угольных коксов выполнен Ч.И. Барнаковым (лаборатория сапропелитовых углей, Институт Угля п Углехішші СО РАН).

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований, включенные в диссертацию, докладывались на XII Европейской-кристаллографической конференции (Москва, 1989 г.); II. Всесоюзной конференции «Физико-химия ультрадисперсных, систем» (Юрмала, 1989 г.); Всесоюзном семинаре «Энергонасыщенные ультрадисперсные функциональные среды» (Куйбышев, 1990 г.); I Всесоюзной конференции «Кластерные материалы» (Ижевск, 1991 г.); XIII Международной конференции по КР спектроскопии (Вюрцбург, 1992 г.); ХШ.Международном симпозиуме по реакционной способности твердых тел (Гамбург, 1996 г.); VII Международной конференции «Физико-химические процессы в неорганических материалах» (Кемерово. 1998 г.); I Всемирной конференции по углероду (Берлп:;, 2000 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 8 статей в научных журналах, 1 авторское свидетельство, 1 . доклад и б тезисов докладов на научных конференциях:

Структура в объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов и списка цитируемой литературы из 104 наименований. Текст работы размещен на 135 страницах и содержит 37 рисунков и Ї таблицы.

Похожие диссертации на Применение методов рентгеновской дифракции для исследования структуры микрокластеров в конденсированных средах