Нанокомпозиты на основе оксидов 3d-металлов. Исследования морфологии и структуры методами электронной микроскопии и рентгеновской спектроскопии - страница 11

Один из самых универсальных методов порошковой дифрактометрии является метод Дебая–Шеррера. Монохроматический пучок параллельных рентгеновских лучей направляют на поликристаллический спрессованный образец цилиндрической формы. Отраженные разными микрокристалликами лучи различной интенсивности регистрируются детектором. Профиль дифракционного пика, его интенсивность, полная ширина на половине высоты, интегральная ширина и угловое положение максимума являются основными параметрами, которые необходимы для получения информации об исследуемом веществе. В частности, положение максимума позволяет определить с помощью формулы Вульфа-Брэгга межплоскостные расстояния, т.е. параметры элементарной ячейки. Зная значение полной ширины линии на половине ее высоты (FWHM), можно рассчитать размеры областей когерентного рассеяния, т.е. размеры частиц образца. Следовательно, чем точнее будут определены все перечисленные параметры, тем более полезную информацию можно извлечь из полученной дифрактограммы. Такой метод часто используется для исследования порошковых нанокомпозитов.

Существует два основных подхода анализа дифрактограмм порошков: разделение дифрактограммы на отдельные пики и полнопрофильный анализ методом Ритвелда. Метод Ритвелда заключается в уточнении структуры с использованием математической модели, в этом случае используются известные структурные параметры образца и дифрактометра. Для анализа используется метод наименьших квадратов с помощью которого теоретически расcчитанный профиль подгоняется к экспериментальному. Критерием сходимости является минимизация разницы между рассчитанным и экспериментальным профилями. Дифрактограмма рассматривается как математическая функция зависимости интенсивности дифракционных пиков от угла. Интенсивность, в свою очередь, зависит от параметров кристаллической структуры. Преимущество метода Ритвельда в том, что даже сильно перекрывающиеся рефлексы относительно просто моделируются и уточняются.

Метод разделения дифрактограммы на отдельные пики (экстракции интенсивностей) основан на разложении дифрактограммы в ряд по профильным функциям отдельных рефлексов, путем варьирования уточняемых параметров аналитическое выражение профиля подгоняется под экспериментальную дифрактограмму, при этом определяются интегральные интенсивности индивидуальных брэгговских отражений.

Для исследования нанокомпозитных пленок стандартная схема съёмки рентгеновской дифрактограммы по Бреггу-Брентано плохо подходит, так как при большом угле падения луч проходит в плёнке короткий путь, почти не рассеивается и зондирует в основном подложку. Поэтому для исследования плёнок применяется метод скользящего падения, когда угол падения ω фиксирован и мал, а меняется только угол отражения (рис. 3). При этом, однако, нарушаются условия фокусировки, поэтому пики получаются более широкими и слабыми, точность измерения углов 2θ ухудшается по сравнению с объёмными материалами.

Рис. 3. Схемы съемки рентгеновских дифрактограмм в нормальном режиме и режиме скользящего падения