Диссертация (1144348), страница 11
Текст из файла (страница 11)
2.1. Изображение композитов а) (NaNO2)0.90 – (BaTiO3)0.10, б) (KNO3)0.90 –(BaTiO3)0.10, полученное методом электронной микроскопии [239].Пористые стекла PG20 и PG46 для нанокомпозитных материалов былиизготовлены в ФТИ им. А.Ф. Иоффе, а стекла в Wrocław University of Scienceand Technology. Заполнение стекол (пластины 10 х 10 х 0.5 мм3)сегнетоэлектриком NaNO2 проводилось в ФТИ им. А.Ф. Иоффе из расплава ввакууме. После заполнения поверхность стекол тщательно очищалась отостатков массивного материала и из них изготавливались тонкие (порядка200мк)образцыдлинойоколо10мм,которыеиразмещалисьнепосредственно на пучке синхротронного излучения.Использованные в экспериментах твердые растворы (PbFe2/3W1/3О3)1-х(РbTiO3)х с концентрациями х = 0; 0.2 и 0.3 были получены по стандартнойкерамической технологии.
Порошки PbFe2/3W1/3O3 и PbTiO3 предварительносинтезировали при температурах 1050 и 920 К соответственно в атмосферевоздуха в течение 3 часов. Синтезированный материал тщательноперемалывали всухую с помощью агатовой ступки и пестика в течение 10минут и смешивали в нужных пропорциях. Затем полученная смесьпорошков была подвергнута гранулированию.
Заключительную стадиюспекания проводили при температурах 1170 и 1200 K для x = 0.2 и 0.3соответственно в атмосфере воздуха в течение 3 часов. В итоге получалисьмелкодисперсные порошки с размером зерен порядка 1 мкм.Методы исследования.65В качестве экспериментальных методов исследования в данной работеиспользовались нейтронная и рентгеновская дифракция, диэлектрическаяспектроскопия.Эксперименты по дифракции нейтронов проводились на следующихустановках: дифрактометр Flat-Cone E2и дифрактометр высокогоразрешения E9, Helmholtz Zentrum Berlin и Фурье-дифрактометр высокогоразрешения на импульсном нейтронном источнике ИБР-2, ОИЯИ, г.Дубна.Рис.
2.2. Схематическое изображение Flat-Cone дифрактометра E2 HZB.Устройство Flat-Cone дифрактометра схематично изображено на рис.2.2.В качестве детектора используется 4 двумерныеПЗС матрицыплощадью 300х300 мм2, размер каждого окна 10̊ х 10̊. Монохроматорсменный, что позволяет получать различные длины волн: λ = 0,9 Å (qmax =10,8 Å-1); 1,2 Å (qmax = 8,1Å-1) и 2,4 Å (qmax =4,1Å-1).
Разрешение в оптимальнойконфигурации составляет dq/q ̴ 10-2. Столик образца может поворачиватьсявокруг оси, перпендикулярной монохроматическому пучку, что позволяетпослойно сканировать и проводить измерения в трехмерном обратномпространстве (то есть реализована так называемая техника Вейсенберга).Конкретная плоскость или слой обратного пространства может быть выведен66в отражающее положении путем наклона детектора либо столика образца. Врежиме порошковых измерений прибор позволяет производить съемкудифракционных спектров в широком угловом диапазоне. При этомпозиционный 2D мультидетектор может быть установлен только в двухположениях по углу 2θ для измерения порошковой дифрактограммы вдиапазоне 2θ=0÷80°.
Кроме тогодля insitu измерений каждый детекторможет быть установлен на индивидуальной позиции (с промежутками междудетекторами). Основные параметры дифрактометра приведены в таблице 2.1.Таблица 2.1 Параметры Flat-Cone дифрактометра E2 HZB.Порошковый дифрактометр E9 (FIREPOD) (рис. 2.3) представляет собойпорошковыйдифрактометрсоптимизированнойфункциейугловогоразрешения, которая позволяет получать минимальную ширину отражений вугловых 2Θ-областях с наибольшей плотностью отражений. Монохроматорразмещен на расстоянии 11 м от активной зоны реактора, что обеспечиваетбольшой угол поворота монохроматора.
Нейтроновод вакуумирован, чтоуменьшает рассеяние нейтронов т ослабление пучка. Монохроматор(300*60*10 мм) представляет собой 19 пластин размером 15*60*10 мм,каждая из которых состоит из 25 Ge пластин толщиной 0,4 мм, пластическиизогнутых при температуре 870 °С. Детектор состоит из восьми отдельныхгелиевых 2D детекторов DENEX с активной площадью 300 x 300 мм каждый67и общего радиального коллиматора для уменьшения фонового шума.Расстояние от образца до отдельных детекторов может регулироваться.Рис.
2.3. Схематическое изображение Flat-Cone дифрактометра E9 HZBЧасть экспериментальных измерений были выполнены на импульсномисточнике нейтронов ИБР-2 ОИЯИ г. Дубна с полихроматическим («белым»)пучком с использованием метода времени пролета (TOF). Этот тип приборовобычноназываютTOF-дифрактометрами.Нейтроныизимпульсногоисточника после замедления до тепловой энергии пролетают некотороерасстояние (обычно от 10 до 30 метров), а затем рассеиваются образцом ирегистрируются детектором или несколькими детекторами, расположеннымина фиксированных углах рассеяния.
Дифракционные картины послепоследовательных импульсов источника объединяются для накоплениянеобходимой статистики.Для источников нейтронов с длинным импульсом (реактор ИБР-2 вДубне и новый европейский источник расщепления, который строится вШвеции) импульс должен быть уменьшен с целью повышения разрешения доприемлемой величины за счет использования быстрых Фурье или Фермичопперов. Фурье-чоппер представляет собой многослойный диск (ротор) с68регулярнымрасположениемщелейодинаковойширины.Большоеколичество щелей значительно увеличивает его пропускание (25% вместо1%), но требует применения корреляционных методов для анализадифракционных данных.Рис. 2.4. Схематическое изображение фурье-дифрактометра высокого разрешения наисточнике ИБР-2.Преимущество фурье-дифрактометра высокого разрешения HRFD (рис.2.4) заключается в том, что высокие значения потока нейтронов на образце̴107 н/см2/с, сочетаются с высоким разрешением, которое достигает величиныпорядка Δd/d = 0.001 в широком диапазоне значений межплоскостныхрасстояний d.
При этом возможно переключение между режимами работы свысоким разрешением и высокой интенсивностью. Во втором случаекорреляционный анализ не используется, и время съемки значительносокращается и может достигать значений порядка 1 минуты, что важно дляпроведения insitu исследований изменений как кристаллической структуры,так и микроструктуры.Источником тепловых нейтронов является импульсный реактор ИБР-2 сводяным гребенчатым замедлителем,создающий импульсы тепловыхнейтронов с частотой 5 Гц и длительностью ∼320 мкс. Фурье-прерывательпредставляет собой диск ротора диаметром 540 мм, закрепленный на осидвигателя, и пластину статора, установленную на платформе неподвижно.69Максимально достижимая скорость вращения фурье-прерывателя составляет,что соответсвует частоте нейтронного пучкаоколо 100 кГц и ширинеимпульса нейтронов около 10 мкс, что и определяет малую ширину функцииразрешения данного прибора.Вокруг образца на фиксированных расстояниях и углах рассеяния2θ=152° и 2θ=90° расположены детекторы.
Каждый из детекторов включает 7независимых элементов с отдельным выводом электронного сигнала.Электронная аппаратура обеспечивает суммирование сигналов от отдельныхэлементов детектора в единую шкалу времени пролета.Экспериментыпорентгеновскойдифракциипроводилисьнадифрактометре BM01 швейцарско-норвежской линии SNBL европейскогоцентра синхротронного излучения ESRF.Схема линии приведена на рис. 2.5. Первичный луч пройдя через щельколлимируется на кремниевом зеркале с родиевым покрытии, установленномпод ушлом 3 мрад к падающему лучу.
Энергия отсечки фотонов на такомзеркале составляет 24 кэВ. Отраженный от зеркало сколлимированный пучокпадает на двухкристальный монохроматор, позволяющий достичь каквысокую пропускную способность, так и высокую монохроматичностьпучка. Станция спроектирована таким образом, что возможна работа сзеркалами или без них. Первый кристалл монохроматора являя снабженсистемой водяного охлаждения, второй кристалл может быть саггитальноизогнут для горизонтальной фокусировки. Регулируемое расстояние между70Рис.
2.5. Схема линии BM01A SNBL ESRFдвумя кристаллами в сочетании с возможностью смещения второгокристаллавдоль направленияпучкапозволяетфиксироватьвысотувыходного пучка. Неподвижные Be окна устанавливаются непосредственноперед и после сосуда монохроматора, позволяющего выполнять изменения всосуде монохроматора, не нарушая вакуум в соседних сосудах. Послемонохроматорарасположенавстроеннаязаглушка,перехватывающаяостатки белого и тормозного излучения. Доступна также регулируемаязаглушка для перехвата белого луча, отраженного от первого зеркала. Далеерасполагается вторичное фокусирующее зеркало, которое обеспечиваетвертикальную фокусировку на образце.
Между оптическими элементами(зеркало - монохроматор - зеркало) установлены резервуары, содержащиенабор моторизованных горизонтальных и вертикальных щелей. Онифункционируют как антирассеивающие щели, так и лучевые коллиматоры.Такой же набор щелей устанавливается в конце вакуумной линии внутриэкспериментальной ячейки. Для контроля интенсивности луча используютсякаптоноваяпленканепосредственноипередсцинтилляционныйсчетчик,выходнымДифрактометрокном.установленныйоснащендвумерным позиционно-чувствительным детектором PILATUS2M [240],позволяющим регистрировать интенсивность рассеяния на ПЗС матрице71высокого разрешения 1675 × 1479 пикселей. Размер зерна (чувствительного крентгену пикселя) детектора составлял 172 × 172 мкм.Рис.2.6.Схемаультраширокополосногодиэлектрическогоспектрометраскриосистемой Novocontrol BDS80.Исследования температурно-частотных зависимостей комплексной диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрических микрокомпозитов наосновепорошковыхсмесейпроводилисьнанаширокополосномдиэлектрическом спектрометре Novocontrol BDS-80 (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
