Структура наноразмерных частиц минералов по данным компьютерного и рентгенографического экспериментов

• Автор: Лобов, Денис Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 154 с. : ил.

Глава

Литературный обзор

1.1 Компьютерное моделирование структуры и свойств минералов.

1.2 Особенности структурного состояния наноразмерных кластеров атомов.

1.3 Анализ структурного состояния объектов, дающих «рентгеноаморфную» картину рассеяния.

1.4 Атомная структура шпинелей, оливинов и диопсида.

1.5 Ближний порядок в многокомпонентных стеклах, полученных на основе диопсида.

Глава

Методика эксперимента и обработки данных

2.1 Методика рентгенографического эксперимента и обработки данных.

2.1.1 Методика приготовления образцов.

2.1.2 Методика рентгенографирования и обработки данных эксперимента.
2.1.3 Методика уточнения структуры по данным порошковой ди-фрактометрии.
2.2 Методика анализа картин рассеяния рентгеновских лучей нанораз-мерными частицами минералов.
2.3 Методика расчета суммарной кулоновской энергии наноразмерного кластера атомов и анализа энергетического состояния ионов.
Глава
Анализ структуры глушеных стекол на основе диопсида в рамках некристаллических моделей
3.1 Микрокристаллитная модель областей ближнего упорядочения в глушеных стеклах на основе диопсида.
3.2 Модели одно- и двух-цепочечных кристаллических кластеров.

3.3 Удаление «лишних» катионов металла на основе анализа энергии кулоновского взаимодействия ионов модельных кластеров.
3.4 Релаксация кластеров в процессе молекулярно-динамического эксперимента.
Глава
Результаты рентгенографического изучения порошков диопсида
4.1 Порошки диопсида, приготовленные измельчением в воздушной атмосфере.
4.2 Порошки диопсида, приготовленные измельчением в атмосфере
со2.
4.3 Сравнительный анализ характера ближнего упорядочения атомов в порошках диопсида после длительного помола в воздушной атмосфере и в атмосфере С02.
Глава
Компьютерное моделирование наночастиц минералов в рамках ионной модели вещества
5.1 Анализ энергии ионов в кластерах «идеального» ионного кристалла КС1.
5.2 Компьютерное моделирование энергетически выгодной формы и анализ энергетического состояния поверхностных ионов нанокристаллитов минералов - сложных окислов.
5.2.1 Диопсид.
5.2.2 Шпинель.
5.2.3 Оливины.
5.3 Анализ возможного процесса формирования нанокристаллитов шпинели в рамках ионной модели вещества.
Основные результаты и выводы Список цитированной литературы
Актуальность работы
Исследование материалов, имеющих частицы нанометровых размеров является важным и востребованным направлением в современной науке. Особые строение, свойства и поведение малых частиц привлекают внимание ученых уже на протяжении двух десятков лет.
При изучении малых частиц возникает множество вопросов, решения которых представляются сложными задачами. Общеизвестно, что одной из основных трудностей является определение того, при каких размерах и на каком этапе формирующийся материал приобретает свойства, присущие малой частице, а также, каково влияние эффектов, вызванных малостью размеров. Именно на решение данной задачи и направлена та часть диссертационной работы, которая связана с расчетами энергии кластеров.
Повышенная заинтересованность в создании материалов, состоящих из малых частиц, неразрывно связана с необходимостью получения и трактовки результатов по исследованию их атомной структуры. В силу малых размеров частиц материала дифракционная картина, формируемая при рассеянии рентгеновских лучей, является малоконтрастной, называемой иногда в литературе «рентгеноаморфной». Анализ подобных картин рассеяния является сложной задачей, требующей использования методов компьютерного эксперимента для создания моделей областей когерентного рассеяния (ОКР) или областей ближнего упорядочения.
По разнообразию ожидаемых свойств интересными объектами являются наночастицы сложных окислов - минералов с разнообразным катионным составом. Наноразмерные частицы из минералов могут быть получены механическим измельчением или при формировании многокомпонентных стекол [36, 37]. Кроме того, естественно ожидать появление наноразмерных частиц определенного состава на начальных стадиях кристаллизации магматического расплава, конкретно, - на стадии формирования зародышей той или иной фазы [76].

• Возможность уточнения и/или ввода следующих структурных и профильных параметров: размер элементарной ячейки, пространственная группа, атомные координаты, тепловые параметры, амплитуда рассеяния, параметры формы пиков и т.п.
• Удобный вывод экспериментального и теоретического спектров в графическом виде.
Уточнение структуры порошковых дифракционных данных состоит из нескольких этапов. Первый этап заключается в считывании служебной информации. После считывания служебной информации, а также считывания экспериментальных данных (интенсивности рассеяния в каждой точке рентгенограммы), вычисляются положения и интенсивности отражений, которые будут использоваться в уточнении профильных и структурных параметров или при моделировании структуры. На следующем этапе в программе МША в экспериментально измеренные интенсивности рассеяния, вводятся инструментальные поправки (на эффективность счетчиков, поглощение воздухом и образцом, поляризацию и т.п.). Затем выполняется процедура уточнения профильных и структурных параметров или моделирование структуры. Процесс уточнения структуры в программе РОЯ аналогичен. В программе РОИ. значение теоретической интенсивности рассеяния вычисляется по следующей формуле:
и« = Д^.(') + г( о,
где I - номер точки; ИрЬ - число фаз; 83 - рассчитанный для фой фазы масштабный фактор, позволяющий привести расчетную рентгенограмму к масштабу экспериментальной; В(1) - фон.
№е0 „
р/»-ймк1-ЛрЛ.кАкО|рк|2.
где №е(] - число рефлексов на рентгенограмме фой фазы; Pj - значение интенсивности в 1-ой точке, рассеянной фой фазой, Мк - фактор повторяемости (кратность к-го рефлекса). Мк равен числу семейств плоскостей, имеющих одно и то же межплоскостное расстояние и одинаковый структурный множитель; Ак - геометрический фактор (поправка на поглощение) определяется геометрией схемы реги-