Dyfrakcja proszkowa

Rozpraszanie promieni rentgenowskich (lub neutronówtypeset@protect @@footnote SF@gobble@opt Promienie X i neutrony moga byc stosowane zamiennie we wszystkich przypadkach opisanych w tej pracy. ) na proszkach zozonych z nanokrysztaów jest bodaj najprostsza i najbardziej efektywna metoda badan struktury atomowej i rozkadu wielkosci krystalitów w tych materiaach. W badaniach tych korzysta sie z dyfraktometrów proszkowych, mogacych pracowac w dwóch geometriach:

Figure 1.9: Schemat ukadu pomiarowego stacji B2 (DESY) konstrukcji CBW PAN do pomiarów proszkowych. (a) komora prózniowa prowadzi wiazke synchrotronowa do próbki i dalej ugiete promieniowanie do detektora bez rozproszen na powietrzu. (b) specjalny uchwyt eliminuje rozpraszanie na szkle kapilary dajac pewnosc, ze 100% mierzonego natezenia pochodzi od badanego materiau.

a) $\resizebox*{0.65\columnwidth}{!}{\includegraphics{eps/B2-vacuum.eps}}$

b) $\resizebox*{0.3\columnwidth}{!}{\includegraphics{eps/B2-uchwyt.eps}}$

Krzywe dyfrakcyjne nanoproszków - w porównaniu do polikrysztaów mikrometrowych - maja bardzo szerokie maksima, a wiec relatywnie mniejsze natezenia w tych maksimach i w rezultacie - mniejszy stosunek sygnau do szumu. W zwiazku z tym nawet niewielkie ograniczenie zróde szumów i zakócen w przypadku nanoproszków zdecydowanie poprawia jakosc danych. Celem zlikwidowania zróde szumu mozna umiescic wiazke padajaca, próbke oraz wiazke rozproszona w prózni. Zapobiega to rozpraszaniu i absorpcji w powietrzu (rys. 1.9a). Prózniowy ukad dyfrakcyjny, konstrukcji CBW PAN, pracuje na linii B2 laboratorium HASYLAB synchrotronu DESY w Hamburgu. Dodatkowo posiada on specjalnie zaprojektowany uchwyt do próbek (rys. 1.9b), który eliminuje uzywana zazwyczaj szklana kapilare i w poaczeniu z ukadem prózniowym gwarantuje, ze fotony maja kontakt wyacznie z próbka i detektorem. Ten unikalny ukad pomiarowy pozwala na obserwacje sabych refleksów (normalnie ukrytych w tle) i ilosciowy pomiar rozpraszania dyfuzyjnego próbki. Ukad pracuje w geometrii Debye'a-Scherrera.

**Figure 1.10:** Wysokocisnieniowa komórka diamentowa. Umieszczenie próbki pomiedzy dwoma diamentami i jej mechaniczne scisniecie pozwala osiagnac cisnienia rzedu setek *GPa*. Ze wzgledu na niewielki kat dostepny dla promieniowania rozproszonego pozadane jest uzycie biaej wiazki pierwotnej i detektora z rozdzielczoscia energii.
$\resizebox*{1\columnwidth}{!}{\includegraphics{eps/hp/DAC.eps}}$

Ukad z rozdzielczoscia energii nie posiada wymienionych zalet, ale jest uzyteczny w wysokocisnieniowych (i nie tylko) doswiadczeniach in situ, gdzie aparatura wytwarzajaca pozadane warunki eksperymentalne (np. prasa wysokocisnieniowa) szczelnie otacza próbke i pozostawia niewielkie swiato dla rozproszonego promieniowania. W geometrii z rozdzielczoscia energii do wykonania pomiaru wystarczy waska szczelina w aparaturze. Ta geometria stosowana jest najczesciej na synchrotronach i zrodach neutronowych (z powodu biaego promieniowania i mozliwosci przenikniecia wiazki przez warstwy materiau otaczajacego próbke).

Przykadem zastosowania ukadu z rozdzielczoscia energii jest wysokocisnieniowy pomiar dyfrakcyjny in situ w kowadach diamentowych (rys. 1.10). Próbka umieszczona jest w niewielkim otworze wykonanym w blaszce (gaskecie). Dwa monokrysztay diamentu, umocowane w mechanicznym zacisku (dokrecanym sruba) wywieraja nacisk na gasket i próbke. Przez otwory w zacisku przechodzi wiazka pierwotna. Przechodzi ona przez pierwszy monokryszta diamentu (ustawiony w poozeniu nieodbijajacym), nastepnie przez próbke i ulega tam rozproszeniu. Promieniowanie rozproszone wychodzi z ukadu przez drugi monokryszta i jest rejestrowane w nieruchomym detektorze, który mierzy ilosc kwantów i ich energie. Otrzymany w ten sposób dyfraktogram jest funkcja natezenia od energii (a nie kata). Cisnienie mozliwe do uzyskania w kowadach diamentowych siega 500 GPa, jednak typowe warunki pracy nie przekraczaja w przypadku naszych pomiarów 40 GPa. Pomiaru przyozonego cisnienia dokonuje sie poprzez obliczenie parametru sieci wzorcowej domieszki (wskaznika cisnienia), której dodaje sie do badanego materiau, np. NaCl, Au.