150960 (Структурный анализ системы), страница 3

трансформировать различные установки от одного типа пространственной группы к другому для моноклинной, орторомбической и ромбоэдрической сингоний,

генерировать все лауэвские классы и трансляционные подгруппы - превосходный инструмент для изучения фазовых переходов или других эффектов, описываемых как понижение степени симметрии,

варьировать структуру внутри элементарной ячейки, используя вращение и трансляцию выбранных атомов или молекул,

показывать соответствующие рентгеновские или нейтронные порошковые дифрактограммы одновременно,

имитировать различные условия дифракции, например: длина волны излучения, расщепление дублета, геометрия эксперимента, переменные щели, предпочтительная ориентация, аномальное рассеяние, любые объемные или массовые фракции в смеси фаз и т.д.

выбирать различные функции свертки - различные профили дифракционных максимумов,

сравнивать экспериментальные и расчетные дифрактограммы графически,

экспортировать кристаллическую структуру и расчетную дифрактограмму в различных графических форматах (например Windows Metafile, PostScript, POVRay),

показывать взаимосвязь между манипуляцией со структурой (например, вращение молекулы - фрагмента) и соответствующей дифрактограммой. Для анимации может использоваться программа POVRay.

использовать clipboard, чтобы экспортировать графику и таблицы отражений в другие Windows программы,

экспортировать дифрактограммы в различных файловых форматах (например, Siemens Diffrac AT: *. raw) [4].

Подробное описание работы с программой PowderCell содержится в приложении 1.

6. Структурные характеристики элементарных ячеек системы веществ Gd_xBi_1-xFeO₃

Важно значение точного знания параметров элементарной ячейки, т.к уточненные данные затем можно использовать например для расчета точной зонной структуры, диэлектрических параметров различных веществ.

После успешного применения программы Powder Cell на тестовых веществах она использовалась для проведении теоретических расчетов дифрактограмм, построения элементарных ячеек системы веществ Gd_xBi_1-xFeO₃ для концентраций x=0.05, 0.1, 0.15, 0.2.

Для Gd_xBi_1-xFeO₃ рассчитывались рентгенограммы и строились ячейки в пространственной группе 161 (R3c), так как в силу особенностей синтеза это вещество может принадлежать к той или иной пространственной группе.

Рис 9. Элементарная ячейка Gd_xBi_1-xFeO₃ (x=0.05)

Результаты сопоставления экспериментальных и теоретических рентгенограмм:

Рис.10

Было проведено уточнение параметров кристаллической решетки, полученных путем расчетов из теоретических дифрактограмм. Результаты уточнения параметров кристаллической решетки приведены в таблице ниже.

Рис.11

Элементарная ячейка системы веществ La_xBi_1-xFeO₃ при концентрации х=0.10 созданная программой Powder Cell 2.4:

Рис 12. Элементарная ячейка La_xBi_1-xFeO₃ (x=0.1)

Результаты сопоставления экспериментальных и теоретических рентгенограмм:

Рис.13

Рис.14

Рис 15. Элементарная ячейка La_xBi_1-xFeO₃ (x=0.15)

Результаты сопоставления экспериментальных и теоретических рентгенограмм:

Рис.16

Рис.17

Рис 18. Элементарная ячейка La_xBi_1-xFeO₃ (x=0.2)

Результаты сопоставления экспериментальных и теоретических рентгенограмм:

Рис. 19

Рис. 20

После уточнения с использованием программы PowderCell 2.4 результаты можно представить в виде следующей таблицы.

Заключение

В ходе выполнения работы были изучены физические основы методов рентгеноструктурного анализа твердых тел. Изучено специализированное программное обеспечение для расчетов теоретических дифрактограмм, уточнения параметров кристаллических решетки и построения элементарных ячеек.

На основании полученных данных можно сделать следующие выводы:

1. Экспериментально и теоретически исследованы структурные характеристики соединений системы Gd_xBi_1-xFeO₃ (x=0.05, 0.10, 0.15, 0.20).

2. Результаты исследования показывают, что образцы Gd_xBi_1-xFeO₃ обладают ромбоэдрической симметрией.

Список использованной литературы

1. Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев Л.Н. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. М.: Металлургия, 1982, 632 с.

2. Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. М., Физматгиз, 1961.863 с.

3. А. Гинье. Рентгенография кристаллов. Физматиздат, М., 1961

4. "POWDER CELL - a Program for the Representation and Manipulation of Crystal Structures and Calculation of the Resulting X-ray Powder Patterns" Kraus, W.; Nolze, G. J. Appl. Cryst. (1996).29, pp.301-303

5. Л.В. Мисак, А.С. Потужный ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММЫ "POWDER CELL" В ФИЗИКЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА / Тез. докладов VII-ой Республ. научн. конф. студ. и аспир., "Новые математические методы и компьютерные технологии в проектировании, производстве и научных исследованиях", Гомель, 22-24 марта 2004. с.110-112.

Приложения

Приложение1

Пошаговая инструкция по работе с программой PowderCell.

Создание новой структуры

1.1 Нажмите кнопку на панели инструментов.

1.2 В появившемся диалоговом окне (рис.1) введите название вещества, номер пространственной группы, параметры элементарной ячейки, координаты атомов в элементарной ячейке, значения структурного и температурного факторов.

Рис.1

Автоматически будет произведен расчет объёма элементарной ячейки, плотности вещества и т.д.

1.3 Активное окно примет вид, показанный на рис.2

Рис.2

Отображается структура вещества и его порошковая дифрактограмма.

Открытие существующего файла структуры.

2.1Нажмите на панели инструментов кнопку

2.2В открывшемся окне находим нужный файл. Файлы PowderCell имеют расширение *. cel и нажимаем кнопку “Открыть” (рис.3)

Рис. 1

2.3 Окно программы после открытия файла структуры имеет вид, показанный на рис.2

Манипуляции со структурой вещества

Группа дополнительных кнопок, показанная на рис.4 предназначена для управления изображением структуры. Назначение каждой кнопки соответствует изображению на ней. Также при наведении курсора мыши на кнопку появляется всплывающая подсказка. При щелчке правой кнопкой мыши на изображении структуры появляется контекстное меню (Рис.5), которое частично дублирует кнопки панели, показанной на рис.4, а также имеет несколько дополнительных функций по работе с изображением структуры: печать, экспорт и копирование в буфер обмена. Работа с порошковой дифрактограммой. Группа дополнительных кнопок, находящейся в правой части главного окна при активном окне “Порошковая дифрактограмма", предназначена для управления отображением порошковой дифрактограммы. Назначение каждой кнопки соответствует изображению на ней. Также при наведении курсора мыши на кнопку появляется всплывающая подсказка. При щелчке правой кнопкой мыши на изображении структуры появляется контекстное меню, которое частично дублирует кнопки панели управления дифрактограммой, а также имеет несколько дополнительных функций по работе с изображением дифрактограммы: печать, экспорт графики и данных, копирование в буфер обмена. Группа кнопок на главной панели инструментов (Рис.6): 1-якнопка - включение и выключение окна “Порошковая дифрактограмма", 2-я кнопка - настройка условий эксперимента, 3-я кнопка настройка параметров фаз, 4-я кнопка - отображение списка отражающих плоскостей.

Рис.6

При нажатии на кнопку 2 появится окно с настройками параметров эксперимента (рис.7), где можно настроить следующие параметры:

Тип источника излучения.

Длину волны Kα₁ или Kα₂ с учетом аномальной дисперсии

Геометрию эксперимента, щель постоянной или переменной ширины

Интервал значений 2θ и т.д.

Рис.7

Для рентгеновского излучения можно использовать следующий материал анода: Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ag и W. Только для этих излучений соответствующие поправки (глубина проникновения, массовый коэффициент поглощения) принимаются в учет при расчете порошковой дифрактограммы. Это важно, например, для количественного фазового анализа. Результирующая порошкограмма также зависит от используемой геометрии дифракции. PowderCell рассчитывает рассеяние в геометрии Брэгга-Брентано (Bragg-Brentano) и Гинье (Guinier). В этом случае предполагается использование {011} - кварцевого монохроматора.

При нажатии на кнопку 3 появляется окно, в котором http://users.omskreg.ru/~kolosov/kolosov/kolosov/public_html/computer/bam/a_v/v_1/powder/images/hkl1.gif для каждого pефлекса пpиводятся следующие данные: индексы Лауэ HKL, угол Бpэгга, соответствующее межплоскостное pасстояние d, интегpальная интенсивность, стpуктуpная амплитуда, фактоp повтоpяемости для данной плоскости pешетки, полная шиpина на полувысоте (FWHM) [5].