ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Рассеяние на аморфных и частично упорядоченных объектах Малоугловое рентгеновское рассеяние из "Физико-химия нанокластеров наноструктур и наноматериалов" Неупругие процессы поглощения или рассеяния рентгеновского излучения включают в себя возбуждение коллективных колебаний атомных ядер (фононов) в кристаллической решетке, носителей зарядов — электронов и дырок (плазмонов), возбуждение и удаление электронов валентной зоны и внутренних оболочек атомов [10] (рис. 2.19). [c.61] Исследование спектров фононных и плазмонных потерь позволяет получить соответственно для ядер и электронов динамические структурные характеристики, которые связаны с такими характеристиками материалов, как прочность, сжимаемость, скорость звука и т. д. Эти методы требуют высокой монохроматичности первичного излучения, поэтому их применение стало возможным только в связи с развитием применения синхротронного излучения, о чем речь пойдет дальше. Спектры плазмонных колебаний электронов в зоне проводимости металлов, полупроводников и сверхпроводников содержат информацию о механизме электропроводности, электронных переходах, т. е. о зонной структуре кластера. [c.62] Поглощение рентгеновских фотонов происходит, главным образом, с помощью фотоионизации — выбивания из атома остовных электронов, — что приводит к появлению вакансии на соответствующем электронном уровне и свободного фотоэлектрона. Методы рентгеновской спектроскопии поглощения основаны на изучении зависимости поглощения рентгеновского излучения от энергии первичного пучка, методы рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии используют энергетическое и пространственное распределение фотоэлектронов (см. п. 2.5). Возбужденное состояние атома с вакансией на остовном уровне, в которое атом переходит после поглощения рентгеновского кванта, обладает временем жизни 10 4-10 с, после чего переходит в более стабильное состояние, что сопровождается заполнением электронной вакансии электроном с более высоколежащего уровня. Это заполнение может проходить с испусканием рентгеновского фотона меньшей энергии (рентгеновская флуоресценция) или за счет безызлучательного двухэлектронного процесса, включающего переход одного электрона с верхней орбитали на основную вакансию с одновременным отрывом второго электрона (оже-про-цесс, см. п. 2.5). Рентгеновская флуоресценция и оже-процесс приводят у возникновению новых вакансий (дырок) и, таким образом, вызывают каскад вторичных процессов — испускание вторичных электронов, флуоресценцию в более мягкой области и т. д. [c.62] Перед тем как остановится на методах с применением рентгеновской дифракции и спектроскопии, необходимо дать характеристику источников рентгеновского излучения. Распространенным способом получения рентгеновского излучения являются всем известные рентгеновские трубки, которые обеспечивают рентгеновское излучение в диапазоне энергий 10 -Ь Ю эВ с наиболее распространенными анодами из алюминия или магния. Однако рентгеновские трубки не обеспечивают изменение энергии в широком диапазоне, необходимом для исследования неупругих процессов. Интенсивность таких источников также крайне недостаточна. Значительный прогресс в этой области стал возможным с широким развитием и применением синхротронных источников, краткое описание которых совершенно необходимо при рассмотрении различных рентгеновских методов. [c.62] Основным элементом синхротрона является накопительное кольцо, которое представляет собой ускоритель электронов (позитронов). Электроны перемещаются по замкнутой траектории со скоростью, близкой к скорости света, испуская при этом интенсивные потоки фотонов с различными энергиями. Энергия, теряемая в виде синхротронного излучения (СИ), за каждый период обращения частиц пополняется специальной электромагнитной системой — радиочастотным резонатором. Накопительное кольцо предназначено для поддержания стационарного режима движения электронов, а не для их ускорения. На рис. 2.20 показана схема накопительного кольца — источника СИ. [c.63] Интенсивность СИ характеризуется яркостью (рис. 2.21). [c.64] При использовании жесткого рентгеновского излучения амплитуды рассеяния на легких атомах становятся малыми и на кривых РРА проявляются только максимумы, соответствующие расстояниям между тяжелыми атомами. В связи с этим такие исследования применяются для неорганических материалов с разупорядоченной структурой и стекол. [c.65] В основе метода малоуглового рассеяния лежит явление рассеяния рентгеновских фононов на оптических неоднородностях образца как единого целого (кластерах, порах) с размерами несколько десятков нанометров. Измеряется зависимость спада интенсивности рассеянного излучения от угла рассеяния в угловом диапазоне от нескольких угловых минут до нескольких градусов, т е. в интервале изменения волнового вектора О А 0,2. На дифрактофамме в малоугловой области также могут проявляться дифракционные максимумы, соответствующие отражениям от атомных плоскостей с межплоскостным расстоянием от 10 до 50 нм. Периодическая структура может быть образована упаковкой полимерных глобул, нанокластеров, молекулярных афегатов. Анализ кривой спада интенсивности рассеянного излучения дает возможность оценить средний размер кластера (области неоднородности), а также распределение кластеров по размерам и форме [11-14]. [c.65] Метод малоуглового рентгеновского рассеяния применяется для определения морфологии полимеров, коллоидов, наночастиц, исследования фазовой сегрегации в аморфных стеклах, зародышеобразовании, росте кристаллов, аморфизации и т. д. [c.66] Вернуться к основной статье