Структура материалов. Описание и исследование

1.

Структура материалов.
Описание и исследование.
Комогорцев С.В. (2020)
Свойство =
f(состав, структура)
Структура
Симметрия
Порядок
Атомиум, Брюссель (архитектор А. Поллок)

2.

Пример ВТСП керамики

3.

Структура на атомных масштабах
жидкость
газ
пар
Uc << kT
вода
Uc ~ kT
лед
кристалл
Атомы (частицы) не
взаимодействуют.
Континуальный беспорядок
Uc >> kT
Атомы (частицы) взаимодействуют.
Есть ближний порядок, но
отсутствует дальний порядок.
Атомы (частицы) твердого тела стремятся к
такому расположению в пространстве, чтобы
энергия их взаимодействия была минимальной.
Этому соответствует определенный порядок в
пространственном размещении частиц,
определяемый понятием кристаллическая
решетка.

4.

Монокристалл
A huge KH2PO4 crystal
Симметрия
Порядок
Анизотропия

5.

Кристаллическая решетка
Кристаллическая решетка — воображаемая
пространственная сетка, в узлах которой
располагаются частицы, образующие твердое
(кристаллическое) тело.
элементарная
ячейка
В кристаллической решетке можно
выделить элемент объема из
минимального количества частиц
(атомов), многократным
переносом (трансляцией) которого
в пространстве можно построить
весь кристалл.

6.

элементарные
ячейки

7.

14 решеток Браве

8.

Точечные и пространственные
группы симметрии

9.

Примеры кубических
элементарных ячеек
Простая кубическая
Объемо-центрированная
кубическая
Гране-центрированная
кубическая
ПК
ОЦК
ГЦК

10.

Структуры кристаллов в модели
атомов - жестких сфер

11.

Плотнейшие упаковки шаров

12.

Плотнейшие упаковки шаров
P = sphere, O = octahedral hole, T+ / T- = tetrahedral holes)

13.

Плотнейшие упаковки шаров
hcp
fcc
ГПУ
ГЦК

14.

Плотно упакованные структуры
ГПУ (гексагональная
плотноупакованная)
hcp (hexagonal closed packed)

15.

Плотно упакованные структуры
ГЦК

16.

Объемо-центрированная кубическая
ОЦК
Body-center cubic
bcc

17.

ГЦК
ГПУ
ОЦК

18.

19.

Индексы Миллера

20.

Основные плоскости
кубического кристалла

21.

Межплоскостные расстояния

22.

23.

Методы исследования структуры
материалов
• Дифракционные методы
(рентгеновская, электронная
нейтронная дифракция)
• Микроскопия
• Спектроскопия

24.

Дифракционные методы исследования
кристаллической структуры материалов

25.

Дифракционные методы исследования
кристаллической структуры материалов

26.

Амплитуда рассеянной волны рентгеновского
излучения
Структурный фактор базиса
A( hkl )
Электронная плотность

27.

Законы погасания (пример ОЦК)
☺

28.

Схема камеры Лауэ

29.

Метод порошка

30.

Поликристалл

31.

Порошковая дифрактограмма

32.

33.

Качественный фазовый анализ
Если известен химический состав и
предполагаемый фазовый состав объекта
анализа, то для его уточнения необходимо
иметь литературные данные о значениях
межплоскостных расстояний d/n и
относительных интенсивностях рефлексов
IHKL для каждой предполагаемой фазы.
Если данных о d/n и IHKL предполагаемой
фазы в литературе нет, но есть сведения о
структурном типе элементарной ячейки и ее
параметрах, то нужно теоретически рассчитать
дифрактограмму предполагаемой фазы.
Если предполагаемая фаза имеется в чистом
виде, то можно снять с нее дифрактограмму и
экспериментально определить d/n и IHKL.
Далее необходимо получить тем или иным
экспериментальным методом дифрактограмму
исследуемого объекта, а по ней определить d/n
и IHKL всех дифракционных максимумов. При
этом интенсивность всех рефлексов
определяется по отношению к самому
сильному, интенсивность которого принимается
за 100.

34.

Качественный фазовый анализ
2θ

35.

36.

37.

38.

39.

40.

41.

42.

43.

44.

Благодарю за внимание!