Cyfroteka.pl

klikaj i czytaj online

Cyfro
Czytomierz
00140 004632 15216564 na godz. na dobę w sumie
Podstawy dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów - ebook/pdf
Podstawy dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów - ebook/pdf
Autor: Liczba stron: 212
Wydawca: Uniwersytet Śląski Język publikacji: polski
ISBN: 978-8-3801-2149-2 Data wydania:
Lektor:
Kategoria: ebooki >> popularnonaukowe >> matematyka, fizyka, astronomia
Porównaj ceny (książka, ebook (-16%), audiobook).

Podręcznik zawiera matematyczny opis związków między uporządkowaniem struktury atomowej materiałów a ich obrazami dyfrakcyjnymi uzyskanymi przy pomocy wiązki promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów. W podręczniku zamiarem autora było pokazanie jak w oparciu o podstawowe prawa fizyczne zjawisk rozpraszania i dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów na różnych układach atomów budujących materiał, można dokonać opisu powstawania obrazu dyfrakcyjnego i wyjaśnić związki między jego charakterem a wybranymi parametrami struktury materiału. Zagadnienie to jest obecnie szczególnie istotne, gdy większość obliczeń parametrów struktury materiału prowadzona jest przy pomocy komercyjnych programów komputerowych, które niemal w sposób automatyczny pozwalają na otrzymanie ostatecznych wyników. Nie uwzględnienie w ich interpretacji możliwości i ograniczeń metodycznych oraz aparaturowych, prowadzi często do błędnych danych o strukturze materiału. Jest to szczególnie typowe dla prac młodszych, mniej doświadczonych pracowników laboratoriów, studentów i doktorantów.

Podręcznik składa się w zasadzie z trzech części poświęconych kolejno rozpraszaniu i dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów na pojedynczym atomie, układzie atomów o różnej konfiguracji w materiale amorficznym, monokrystalicznym i polikrystalicznym i różnym stopniu uporządkowania. Każda część zawiera geometryczny i analityczny opis obrazu rozpraszania i dyfrakcji w zależności od wybranych parametrów struktury materiału i niektórych jego defektów. Omówiono kinematyczną i dynamiczną teorie rozpraszania, zakresy ich stosowalności oraz zjawiska ekstynkcyjne. Przy omawianiu rozpraszania i dyfrakcji wiązki elektronów uwzględniono efekty zachodzące przy różnej ich energii /elektrony wysoko- i niskoenergetyczne, sprężyście i niesprężyście rozproszone/ oraz ich efekty fizyczne przy przechodzeniu przez materiał lub odbiciu z uwzględnieniem geometrii wiązki. W podręczniku podano podstawy budowy i zasady działania oraz powstawania obrazów w klasycznej mikroskopii elektronowej i wysokorozdzielczej, w wiązce równoległej i zbieżnej, w wiązce transmisyjnej i odbiciowej, a także wykorzystaniu elektronów wstecznie rozproszonych w badaniach powierzchni /LEED, EBSD/. Trzecia część podręcznika poświęcona rozpraszaniu i dyfrakcji neutronów podaje najistotniejsze osobliwości tego zjawiska dla neutronów w porównaniu do promieni rentgenowskich i elektronów. Stanowi ona uzupełnienie dyfrakcyjnych metod badań struktury materiałów. Autor ma nadzieję, że powyższy podręcznik będzie przydatny dla studentów i doktorantów kierunków – inżynierii materiałowej, fizyki ciała stałego, metalurgii, chemii i kierunków pokrewnych, gdzie problemy badań materiałowych są przedmiotem na różnych stopniach kształcenia. Powyższy podręcznik może też być przydatny dla pracowników instytutów badawczych i kadry inżynierskiej ośrodków przemysłowych, którzy w swojej pracy zawodowej spotykają się z problemami podnoszenia jakości wytwarzanych materiałów i produktów.

Znajdź podobne książki Ostatnio czytane w tej kategorii

Darmowy fragment publikacji:

Eugeniusz Łągiewka Podstawy dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów E u g e n u s z i i Ł ą g e w k a P o d s t a w y d y f r a k c j i p r o m e n i i r e n t g e n o w s k i c h . . . Więcej o książce CENA 24 ZŁ (+ VAT) ISSN 1644-0552 ISBN 978-83-8012-149-2 KATOWICE 2015 Podstawy dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów Rodzinie i Przyjaciołom 1 NR 159 2 Eugeniusz Łągiewka Podstawy dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego • Katowice 2015 3 Redaktor serii: Nauka o Materiałach Piotr Kwapuliński Recenzenci Tadeusz Bołd Jan Dutkiewicz Redaktor Barbara Todos-Burny Projektant okładki Magdalena Starzyk Redaktor techniczy Barbara Arenhövel Łamanie Edward Wilk Copyright © 2015 by Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego Wszelkie prawa zastrzeżone ISSN 1644-0552 ISBN 978-83-8012-148-5 (wersja drukowana) ISBN 978-83-8012-149-2 (wersja elektroniczna) Wydawca Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego ul. Bankowa 12B, 40-007 Katowice www.wydawnictwo.us.edu.pl e-mail: wydawus@us.edu.pl Wydanie I. Ark. druk. 13,25. Ark. wyd. 14,0. Papier offset. kl. III, 90 g Cena 24 zł (+ VAT) Druk i oprawa: „TOTEM.COM.PL Sp. z o.o.” Sp.K. ul. Jacewska 89, 88-100 Inowrocław 4 Spis treści Wykaz ważniejszych oznaczeń . . . . . . . . . . . . . 1. Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Rozpraszanie promieni rentgenowskich na pojedynczym elektronie . 3. Rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego na atomach . . . 4. Wpływ długości fali (częstotliwości) na wartość atomowego czynnika rozpraszania — anomalna dyspersja . . . . . . . . . . 5. Rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego na zbiorach atomów budujących materiał . . . . . . . . . . . . . . . 5.1. Natężenie promieniowania rozproszonego od materiału składającego się z małych cząstek . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Natężenie promieniowania rozproszonego od materiału o idealnie chao- tycznej konfiguracji atomów — idealny materiał amorficzny . . . . 5.3. Rozpraszanie promieni rentgenowskich przez materiały składające się ze skupisk atomów o objętościach υ . . . . . . . . . . . 5.3.1. Analiza członu 2. wzoru (5.8) . . . . . . . . . . 5.3.2. Analiza członu 3. równania (5.8) . . . . . . . . . 5.4. Rozpraszanie promieni rentgenowskich na materiałach o periodycznej budowie atomowej — materiały krystaliczne . . . . . . . . 5.4.1. Geometria dyfrakcji promieni rentgenowskich na sieci krystalicz- nej . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.1.1. Równania Lauego . . . . . . . . . . . 5.4.1.2. Równanie Braggów . . . . . . . . . . . 5.4.1.3. Równanie Ewalda . . . . . . . . . . . 5.4.2. Natężenie refleksu dyfrakcyjnego od materiałów krystalicznych . 5.4.2.1. Natężenie rozpraszania na komórce elementarnej sieci kry- stalicznej — czynnik struktury F . . . . . . . 5.4.2.2. Rozpraszanie i dyfrakcja na sieci krystalicznej . . . . 5.4.3. Integralne (całkowe) pojęcie natężenia refleksu dyfrakcyjnego . . 9 13 15 21 29 34 35 36 37 39 41 46 47 47 48 50 53 54 55 62 5 06. Czynnik absorpcji w natężeniu refleksu dyfrakcyjnego . . . . 07. Czynnik temperaturowy w natężeniu wiązki dyfrakcyjnej . . . . 08. Czynnik krotności płaszczyzn krystalicznych w natężeniu refleksu dyfrakcyjnego . . . . . . . . . . . . . . . . 09. Natężenie refleksów dyfrakcyjnych od materiałów krystalicznych wy- kazujących uprzywilejowaną orientację krystalograficzną (teksturę) . 10. Natężenie rentgenowskiego promieniowania dyfrakcyjnego od mate- riałów krystalicznych typu roztworów stałych . . . . . . . 10.1. Natężenie promieniowania rozproszonego w przypadku tworzenia się uporządkowania bliskiego zasięgu . . . . . . . . . . 10.2. Natężenie promieniowania w przypadku rozpadu przesyconego nie- uporządkowanego roztworu stałego . . . . . . . . . . 10.3. Obraz dyfrakcyjny w przypadku występowania uporządkowania da- lekiego zasięgu . . . . . . . . . . . . . . . 11. Rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego na „supersieciach” . 12. Obrazy dyfrakcyjne od materiałów wykazujących błędy ułożenia . . 13. Podstawy dynamicznej teorii rozpraszania promieni rentgenowskich . 13.1. Rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego na jednej płaszczyźnie sieci krystalicznej . . . . . . . . . . . . . . 13.2. Natężenie refleksu dyfrakcyjnego w dynamicznej teorii Darwina . . 13.3. Zjawisko ekstynkcji, poprawki ekstynkcyjne . . . . . . . 14. Rozpraszanie wiązki elektronowej na atomie . . . . . . . 15. Geometria i natężenie wiązek dyfrakcyjnych elektronów rozproszo- nych na sieci krystalicznej . . . . . . . . . . . . . 16. Natężenie obrazów dyfrakcyjnych elektronów od materiałów krysta- licznych — przybliżenie kinematyczne . . . . . . . . . 16.1. Rozpraszanie wiązki elektronowej na komórce elementarnej sieci kry- stalicznej . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.2. Rozpraszanie wiązki elektronowej na układzie komórek tworzących kryształ (krystalit) — przybliżenie kinematyczne . . . . . . 17. Wpływ niedoskonałości struktury krystalicznej na natężenie reflek- sów dyfrakcyjnych . . . . . . . . . . . . . . . 17.1. Kontrast na dyslokacjach . . . . . . . . . . . . 17.2. Kontrast na błędach ułożenia i bliźniakach . . . . . . . . 17.3. Kontrast Moire’a . . . . . . . . . . . . . . . 17.4. Kontrast dyfrakcyjny na wydzieleniach . . . . . . . . . 17.5. Kontrast dyfrakcyjny na nierównościach grubości próbki . . . . 65 69 72 75 77 79 84 85 92 96 100 101 105 110 114 122 133 133 134 140 141 142 145 147 149 6 18. Dynamiczna teoria dyfrakcji elektronów . . . . . . . . . 19. Podstawy wysokorozdzielczej mikroskopii elektronowej . . . . 20. Dyfrakcja powolnych elektronów (LEED) . . . . . . . . 21. Dyfrakcja elektronów rozproszonych niesprężyście (niekoherentnie) . 22. Dyfrakcja neutronów . . . . . . . . . . . . . . Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aneksy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 158 166 174 182 191 195 7 Wykaz ważniejszych oznaczeń e Z V m i t T dm, dx E f Fhkl RDF ρ a0, b0, c0 λ (hkl) {hkl} hkl dhkl Θ 2Θ 0, c* 0 r* hkl r* hkl a* 0, b* k k0 k1 — ładunek elektronu — liczba porządkowa pierwiastka — potencjał elektryczny — masa — natężenie prądu — czas — temperatura — gęstość metalu — amplituda fali (amplituda wektora pola elektryczne- go fali elektromagnetycznej) — atomowy czynnik rozpraszania — czynnik struktury — funkcja radialnego rozmieszczenia atomów (Radial Distribution Function) — właściwy opór elektryczny — stałe sieciowe — długość fali — wskaźniki płaszczyzn krystalicznych Mülera — rodzina płaszczyzn — wskaźniki refleksu dyfrakcyjnego — odległość miedzypłaszczyznowa — kąt Bragga — kąt rozproszenia (kąt między wiązką padającą a dy- frakcyjną) — wektor sieci odwrotnej — moduł wektora sieci odwrotnej — wektory jednostkowe sieci odwrotnej — wektor falowy dyfrakcji (wektor dyfrakcji) — wektor falowy wiązki pierwotnej — wektor falowy wiązki dyfrakcyjnej 9 — moduł wektora falowego — wektory jednostkowe kierunku wiązki pierwotnej i dyfrakcyjnej — natężenie promieniowania rozproszonego — natężenie wiązki pierwotnej — natężenie rozpraszania dyfuzyjnego promieni rent- genowskich — natężenie refleksu dyfrakcyjnego — liczba komórek elementarnych w krystalicie — liczba atomów w komórce elementarnej — współrzędne atomów w komórce elementarnej — objętość komórki elementarnej — objętość fazy A — szerokość refleksu dyfrakcyjnego odpowiednio: całkowita, związana z wielkością krystalitów i ze zniekształceniami sieciowymi II rodzaju — poszerzenie aparaturowe refleksu — wielkość krystalitu — zniekształcenia I rodzaju — zniekształcenia II rodzaju — zniekształcenia III rodzaju — gęstość atomowa w odległości r (funkcja RDF) — średnia gęstość atomowa — promień Guinera — temperatura charakterystyczna pierwiastka — temperatura w skali Kelwina d∆ d a∆ a 2U ρr ρ0 RG Θ T µ     ρ   d, x b Ek Ew ρd φ [uvw], uvw (hkl)[uvw], {hkl} uvw — tekstura pełna (walcowania, blach) FIM EM — grubość warstwy — wektor Burgersa — energia kinetyczna elektronu — energia wiązania — gęstość dyslokacji — kąt między płaszczyznami krystalicznymi — tekstura osiowa (włóknista) — masowy współczynnik absorpcji — jonowa mikroskopia polowa (Field Ion Microscopy) — mikroskopia elektronowa (Electron Microscopy) k S, S1 J J0 Jdyf. Jhkl N n x, y, z Vk VA B, βk, βz b D 10 TEM ESM SAD CBED HREM RHEED GIXA SAXS XRD LEED ND EBSD TKL ZOLZ FOLZ HOLZ — transmisyjna mikroskopia elektronowa (Transmi- sion Electron Microscopy) — skaningowa mikroskopia elektronowa (Electron Scanning Microscopy) — dyfrakcja z wybranego obszaru (Selected Area — dyfrakcja w zbieżnej wiązce (Convergent Beam Diffraction) Electron Diffraction) — wysokorozdzielcza mikroskopia elektronowa (High Resolution Electron Microscopy) — odbiciowa wysokoenergetyczna dyfrakcja elektro- nowa (Reflection High Energy Electron Diffrac- tion) — dyfrakcja pod stałym kątem padania — SKP (Glan- cing Incidence X-ray Analysis) — małokątowe rozpraszanie promieni rentgenowskich (Small Angle X-ray Scattering) — dyfrakcja promieni rentgenowskich (X-Ray Diffrac- tion) — dyfrakcja elektronów o niskiej energii / dyfrakcja powolnych elektronów (Low Energy Electron Diffraction) — neutronografia (Neutron Diffraction) — dyfrakcja elektronów wstecznie (Electron Back Scattered Diffraction) rozproszonych — transmisyjna dyfrakcja linii Kikuchi (Transmission Kikuchi Diffraction) — zerowa strefa Lauego (Zero Order Laue Zone) — pierwsza strefa Lauego (First Order Laue Zone) — strefa Lauego wyższego rzędu (Higher Order Laue Zone) 11 1. Wstęp Rozpraszanie oraz dyfrakcja promieni rentgenowskich i elektronów są obec- nie podstawowymi metodami badań struktury materiałów. Rozwój konstrukcji nowoczesnych dyfraktometrów i mikroskopów elektronowych przyczynił się do powstania nowych technik tworzenia i rejestracji obrazów dyfrakcyjnych (np.: metoda stałego kąta padania, dyfrakcja z mikroobszarów, wysokorozdzielcza mikroskopia elektronowa czy refraktometria). Rozwijające się równolegle kom- puterowe systemy sterowania pracą urządzeń zwiększyły precyzję zapisu danych eksperymentalnych, co w połączeniu z powstaniem i doskonaleniem programów obliczeniowych umożliwiło stworzenie nowych metod badań struktury materia- łów oraz „renesans” dotychczasowych metod analizy, które ze względu na cza- sochłonny aparat obliczeniowy dotąd nie mogły być powszechnie stosowane. Przykładem mogą tu być: konstrukcja przystawek do reflektometrii, techniki pomiaru przy stałym kącie padania wiązki, programy komputerowe z zakresu krystalografii elektronowej, analizy Rietvielda, analizy rozpraszania dyfuzyjne- go i niskokątowego, określanie struktury komórki elementarnej, radialnej funkcji gęstości atomowej i inne. Obecne programy komputerowe dostarczane wraz z aparaturą pozwalają niemal automatycznie przetwarzać otrzymane obrazy eksperymentalne pod względem wyznaczania niektórych parametrów struktury materiałów. Programy te stanowią ogromną pomoc, jednak tylko dla doświadczonej kadry badawczej, która interpretując otrzymane wyniki uwzględnia możliwe błędy, popełniane czy to w pracy urządzenia, czy algorytmu programu komputerowego. Wieloletnie doświadczenia dydaktyczne autora wykazały, że zajęcia prowadzone ze studen- tami i doktorantami w zakresie metod badań struktury materiałów z zastosowa- niem profesjonalnych programów komputerowych opierają się niemal na me- chanicznej analizie, bez uwzględnienia możliwych błędów programu i wiado- mości o materiałach. Dzieje się tak zapewne z tego względu, że student nie zaw- sze rozumie podstawy fizyczne zmiany charakteru obrazu dyfrakcyjnego i moż- liwości błędów wynikających z pracy aparatury i stosowanych programów. Taki „komputerowy” sposób szkolenia młodej kadry naukowej i studentów utrudnia 13 doskonalenie zarówno metodyki badawczej, jak i aparatury oraz tworzenie no- wego oprogramowania. Biorąc to pod uwagę, wobec braku odpowiedniego podręcznika w języku polskim, autor postanowił opisać podstawy fizyczne i krystalograficzne matema- tycznych związków między stopniem uporządkowania struktury materiału a charakterem jego obrazu dyfrakcyjnego otrzymanego za pomocą wiązki pro- mieniowania rentgenowskiego, wiązki elektronowej lub neutronowej. Niniejszy podręcznik powinien wypełnić istniejącą lukę w piśmiennictwie krajowym. Wspólnie z kilkoma wcześniejszymi wydaniami podręcznika Rentgenowska analiza strukturalna autorstwa Z. Bojarskiego i E. Łągiewki oraz monografią Struktura, właściwości i metody badań materiałów otrzymanych elektrolitycznie E. Łągiewki i A. Budnioka będzie stanowił pomoc dydaktyczną dla studentów i doktorantów kierunków: inżynieria materiałowa, fizyka ciała stałego, metalur- gia, chemia i kierunków pokrewnych. Podręcznik ten może być także przydatny dla pracowników instytutów badawczych i kadry inżynierskiej ośrodków prze- mysłowych, którzy w swojej pracy zawodowej spotykają się z problemami pod- noszenia jakości wytwarzanych materiałów i produktów. 14 Eugeniusz Łągiewka Podstawy dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów E u g e n u s z i i Ł ą g e w k a P o d s t a w y d y f r a k c j i p r o m e n i i r e n t g e n o w s k i c h . . . Więcej o książce CENA 24 ZŁ (+ VAT) ISSN 1644-0552 ISBN 978-83-8012-149-2 KATOWICE 2015
Pobierz darmowy fragment (pdf)

Gdzie kupić całą publikację:

Podstawy dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów
Autor:

Opinie na temat publikacji:


Inne popularne pozycje z tej kategorii:


Czytaj również:


Prowadzisz stronę lub blog? Wstaw link do fragmentu tej książki i współpracuj z Cyfroteką: