Дифракционные исследования атомных колебаний в легкоплавких металлах, наноструктурированных внутри пористых сред

• Автор: Кибалин, Юрий Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 99 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Атомные колебания в твердом теле

1.1. Экспериментальные методы исследования тепловых колебаний

1.2. Анализ атомных колебаний дифракционным методом с помощью теплового фактора (фактор Дебая-Валлера)

1.3. Теоретические модели среднеквадратичного отклонения атомов в твердых телах

1.4. Тепловое расширение твердых тел - эффекты энгармонизма

Глава 2. Объекты исследования и эксперимент

2.1 Наночастицы металлов, синтезированные в пористой среде (нанокомпозитные материалы)

2.1.1. Легкоплавкие металлы

2.1.2. Пористые матрицы-носители

2.2. Характеризация образцов, оценка размера наночастиц и внутренних напряжений дифракционным методом
2.3. Эксперимент
Глава 3. Влияние размера наночастиц на кристаллическую структуру.
3.1. Полиморфизм и кристаллическая структура наночастиц
3.2. Влияние взаимодействия наночастиц с матрицей на параметры элементарной ячейки
Глава 4. Текстура наночастиц галлия, синтезированных в пористом стекле
4.1. Текстура в дифракционном эксперименте

4.2. Экспериментальное наблюдение текстуры в наночастицах галлия
4.3. Взаимодействие наночастиц галлия с пористым стеклом
4.4. Физические свойства и текстура
Глава 5. Атомные колебания в наноструктурированных легкоплавких металлах
5.1. Атомные колебания в наноструктурированном висмуте с характерным размером 14 нм
5.2. Атомные колебания и эффекты энгармонизма в наноструктурированном галлии с характерным размером 13 нм
5.3. Атомные колебания и тепловое расширение в наноструктурированном селене с характерным размером 18 нм
Глава 6. Оптимизация параметров порошкового дифрактометра для исследования наноструктурированных соединений
6.1. Аналитический расчет светосилы и разрешения дифрактометра
6.2. Оптимизация нейтронно-оптической схемы 48-счетчикового дифрактометра ПИЯФ
6.3. Моделирование работы фокусирующего монохроматора при помощи программы TrESS
Заключение
Благодарности
Список литературы

Введение
Актуальность темы. Исследование атомных колебаний является одной из фундаментальных задач физики твердого тела, поскольку тепловое движение атомов определяет такие макроскопические свойства вещества как теплопроводность, тепловое расширение, влияет практически на все физические свойства. В последнее время появился большой интерес к атомным колебаниям в наноструктурированных объектах, что связано как с потенциальными практическими приложениями, так и важностью для фундаментальной науки.
Среди многообразия наноструктурированных объектов очень интересны наночастицы, внедренные в пористые матрицы, которые находятся в так называемых условиях “ограниченной геометрии”. Такие нанокомпозиты демонстрируют необычные физические свойства, что вызвано рядом фундаментальных причин:
• количество атомов на поверхности наночастицы, которые находятся в условиях локального нарушения симметрии, сравнимо с общим числом атомов;
• размер наночастиц сопоставим с длиной межатомных взаимодействий;
• в наночастицах не существует атомных колебаний, длина волны которых превышает характерный размер частиц;
• свойства композитных материалов во многом определяются взаимодействием матрицы-носителя и внедренной наночастицы.
Нанокомпозиты широко используются для химического катализа углеводородного сырья. В этом случае внедряемые соединения, “прикрепленные” к внутренним стенкам пор, являются катализаторами или обладают специфической активностью. Нанокомпозиты применяют в качестве сенсоров, световых
метры модели. Для анализа ab initio, когда какая-либо информация о дифрагирующем объекте отсутствует, следует использовать другие методы, например, алгоритм имитации отжига (simulated annealing).
Метод Ритвельда реализован в разных программах, мы использовали программы FullProf и MAUD [87,88]. В этих программах для расчета профиля одиночного рефлекса обычно исопльзуется функция, известная как псевдо-войтиан, которая является хорошим приближением свертки функций Ло-рентца и Гаусса - войтиана, который определясся как формула
В работе вместо сложной функции ошибок использовалось приближение Томпсона-Кокса-Гастингса с независимыми вкладами функций Лорентца и Гаусса [89]
Уширение дифракционных рефлексов, связанное с внутренними напряжениями и конечным размеров, записывается как [88]:
где Нс и Нь- соответствуют вкладам в профиль рефлекса (полная ширина на половине высоты) фикций Гаусса и Лорентца, соответственно, 20 — угол дифракции. Величины и, V, IV- задают разрешение дифрактометра, параметры
Pv~Pc erfcQi) ’
ехр[—/с2]
(2.8)

(2.9)

erfc(x) = 1 —— ехр[—t2] dt.
л/nJx
(2.10)

Hi = (и + Dir) tan2 в + V tan в + W + —%г-,
cos2 в
(2.11)
(2.12)