Рентгенівські дослідження об’єктів, отриманих вибухом ніхромових дротин

Рентгенівські дослідження об’єктів, отриманих вибухом ніхромових дротин

Зміст

Вступ

Розділ I. Рентгенофазовий аналіз речовини

.1 Якісний аналіз

.2 Кількісний аналіз

Розділ II. Експериментальне дослідження наночастинок отриманих методом вибуху ніхромових дротин

.1 Ніхром та його використання

.2Рентгеноструктурні дослідження наночастинок отриманих методом вибуху ніхромових дротинок

Висновки

Література

Вступ

Наночастинка - ізольований твердофазовий об'єкт, що має чітко виражену границю з навколишнім середовищем, розміри якого у всіх трьох вимірах становлять від 1 до 100 нм.

Наночастинки - один з найбільш загальних термінів для позначення ізольованих ультрадисперсних об'єктів, багато в чому дублюючий раніше відомі терміни, але відрізняється від них чітко визначеними розмірними межами. Тверді частинки розміром менше 1 нм зазвичай відносять до кластерів, більше 100 нм - до субмікронних частинок.

В той же час, в деяких областях знання, зокрема, в біомедичних нанотехнологіях наночастинками часто умовно називають і об'єкти діаметром до декількох сотень нанометрів, малий розмір яких також відіграє значну роль в їх властивості та застосування.

Методи добування наночастинок: метод синтезу наночастинок за допомогою плазми, створюваної радіочастотними нагрівальними котушками; ймовірно, найбільш корисними методами синтезу, в сенсі потенціалу великомасштабного застосування, є хімічні методи; наночастки можуть утворюватися в результаті розкладання при високій температурі твердих речовин, що містять катіони металів, молекулярні аніони або металоорганічні з'єднання; для отримання наночастинок срібла використовували імпульсний лазер.

Наночастинки застосовуються в медицині та нанобіотехнології: в даний час вже є дослідні зразки наноконтейнерів для прицільної доставки ліків до уражених органів і нановипромінювачів для знищення злоякісних пухлин; для створення матеріалів, необхідних при лікуванні опіків і ран; у стоматології; у косметології, електроніці та інформаційних технологіях. Особливі надії на нанотехнології покладають фахівці у галузі електроніки та інформаційних технологій. Військові дослідження у світі ведуться в шести основних сферах: технології створення і протидії невидимості, енергетичні ресурси, системи що самостійно відновлюються, зв'язок, а також пристрої виявлення хімічних і біологічних забруднень. Нанотехнології здатні також стабілізувати екологічну обстановку, а також здатні здійснити революцію в сільському господарстві. Молекулярні роботи можуть виробляти їжу, замінивши сільськогосподарські рослини і тварин. Завдяки нанотехнологіям вченим вдається домогтися все кращого поглинання сонячної енергії.

Ніхро́м - загальна назва прецизійних жаростійких хромо-нікелевих сплавів, а також потрійних хром - нікель - залізних сплавів з однофазною структурою твердого розчину з додаванням марганцю, кремнію та алюмінію. Сплави характеризуються великим питомим електричним опором, є стійкими до корозії, пластичні. Завдяки цим властивостям використовуються для виготовлення нагрівачів, чохлів термопар, пічної арматури. Також ніхром використовується як жаростійкий і хімічно стійкий сплав для роботи в певних агресивних середовищах, з ніхрому виготовляють деталі, що працюють при високій температурі, резисторні елементи, реостати. Сплав застосовується як підшар для жаростійкого покриття при газотермічному напиленні.

Метою даної роботи є проведення рентгенівських досліджень об’єктів отриманих вибухом ніхромових дротин.

Розділ I. Рентгенофазовий аналіз речовини

.1 Якісний аналіз

У більшості випадків за відомим набором міжплощинних відстаней і відповідних їм інтенсивностей можна визначити фазовий склад речовини, якщо, звичайно, відомі аналогічні дані для компонентів суміші.

Значення міжплощинних відстаней для різних речовин приведені в декількох довідниках. Найбільш повною є рентгенометрична картотека ASTM [1]. Дані для значного числа речовин наведені також в [2] і [3]. Картотека ASTM вигідно відрізняється від інших довідників систематичним поповненням. Тому ми надалі опишемо процеси фазового аналізу з використанням саме картотеки ASTM.

Рентгенометричні дані для кожної речовини в картотеці заносяться на окрему картку, схема якої наведена в табл.1. Рентгенометрична картотека ASTM забезпечена двома покажчиками - предметний і «ключем». Якщо валовий хімічний склад відомий, то задача зводиться до зіставлення рентгенометричних даних (), отриманих для досліджуваного зразка з аналогічними даними для порівняно невеликої кількості можливих хімічних сполук. В цьому випадку зручно користуватися предметним покажчиком.

Таблиця 1

№ карточки

Більш складне завдання - визначення фазового складу при відомому хімічному складі. У багатьох випадках це завдання однозначно не вирішується і бажано провести хоча б якісний хімічний аналіз. Якщо даних про хімічний склад немає, то неоднозначність визначення пояснюється тим, що ізоструктурні речовини можуть давати близькі рентгенограми, які мало розрізняються за величинами міжплощинних відстаней і відносних інтенсивностей. З такою неоднозначністю часто доводиться стикатися при ідентифікації речовин, що кристалізуються в кубічній, гексагональній та тетрагональній сингоніях (особливо у випадку кубічних речовин). Однак точне визначення параметрів решітки, яке якраз в цьому випадку можна виконати, по дебаєграмі, значно зменшує цю неоднозначність.

Для полегшення ідентифікації речовин за допомогою рентгенометричної картотеки вона забезпечена ключем. Для ключа відбираються три найбільш характерні міжплощинні відстані - бажано в області порівняно великих  (0,8 -0,2 ) нм - з високою інтенсивністю відповідних їм ліній.

Речовини в ключі групуються за величинами першої характерної міжплощинної відстані (наприклад, речовина з характерним  = 3,03 Å поміщається в групу від 3,00 до 3,04 Å). Всередині групи речовини розташовуються в порядку зменшення другої характерної міжплощинної відстані. Третє значення необхідно для попереднього відбору речовин. Іноді одна і та ж речовина поміщається в ключі два - три рази - змінюється порядок міжплощинних відстаней. Якщо, наприклад, в якості трьох характерних міжплощинних відстаней обрані 3,56, 2,95 і 2,43, то речовина може бути поміщено в групах 3,55 - 3 ,59, 2,95 - 2,99 і 2,40 - 2,44. Таке дублювання необхідно через те, що одна з міжплощинних відстаней може збігатися з  іншої речовини і може бути помилково віднесено тільки до цієї речовини.

Попередній відбір по ключу дозволяє вибрати групу в 5 - 10 речовин. Більш повні данні для цих речовин наведених у окрему картку (номери яких поряд з назвою і формулою речовин наводяться в ключі).

Можна вважати, що присутність речовин в суміші встановлено досить надійно, якщо всі яскраві і більшість слабких ліній, що приводяться в картці для даної речовини, присутні на рентгенограмі досліджуваного зразка. Якщо ж частина яскравих ліній відсутня, то збіг останніх ліній є випадковим.

При ідентифікації слід мати на увазі, що частина яскравих ліній на рентгенограмі зразка може відноситися до однієї фази, а частина - до іншої. Тому розглядаються різні комбінації найбільш інтенсивної лінії з іншими.

Найбільш важко однозначно ідентифікувати речовини, що кристалізуються в кубічній сингонії, особливо якщо така речовина присутня в невеликій кількості (більшість його нечисленних ліній може збігатися з лініями основних фаз суміші). Однозначний вибір такої речовини із серії ізоструктурних проводиться за величиною параметра решітки. При ідентифікації враховвують також інтенсивність ліній. У картотеці використана стобальна шкала, але в багатьох випадках в оригінальних роботах інтенісивності оцінювалися за п'яти -, десяти бальною шкалою і перераховувалися потім в стобальну. Тому точність наведених значень інтенсивностей не слід перебільшувати. Необхідність ретельного зіставлення не тільки , а й інтенсивностей видна з табл. 2.

Таблиця 2

Рентгенометричні дані для , , ,

 *ASTM, 5-0550.

**ASTM, 12-191.

***ASTM, 4-0864.

****ASTM, 5-0565.

Значення міжплощинних відстаней досить близькі для всіх чотирьох речовин, що пояснюється близькістю параметрів решітки та однаковим типом решітки.

Особливо близькі між собою рентгенограми  і ,  і  (у  і  немає ліній, відповідних другої, п'ятої та восьмої лініях  і ). Однак при зіставленні відносних інтенсивностей ліній в обох випадках можна помітити різницю: 2-а і 3-а, 8-а і 9-а лінії  приблизно рівної інтенсивності, в той час як у  2-а і 8-а лінії значно слабкіші 3-й і 9-й, у  і  значно розрізняються інтенсивності перших двох ліній. Визначення параметрів решітки (з точністю хоча б до 0,002 Å) також дає однозначну відповідь на питання про те, яка речовина досліджується в даному випадку. Розбіжності в значеннях інтенсивності у різних авторів можуть бути викликані різними умовами зйомки. На відміну від відмінностей, зумовлених різницею в розташуванні атомів в комірці, вони більш-менш плавно залежать від кута відбиття і довжини хвилі застосовуваного випромінювання. Це пов'язано в основному з відмінностями у впливі абсорбційного фактора: на рентгенограмах, отриманих від товстих (0,4 - 0,6 мм) циліндричних зразках сильно поглинаючих речовин, лінії при невеликих кутах сильно послаблюються, інтенсивність ліній з меншими значеннями  буде відносно більшою, ніж при зйомці тонких зразків і особливо шлифів (зокрема, при зйомці на дифрактометрі), так як в останньому випадку поглинання буде однаково позначатися на інтенсивності всіх ліній.

Дуже сильно змінює інтенсивність ліній переважна орієнтація кристалітів (текстура) у зразку, причому в даному випадку спотворення інтенсивності залежить від індексів відображуваної площини. Більш докладно вплив цих факторів буде розглянуто нижче. Такі дані, як наведені в табл. 3, можна вважати співпадаючими: у всіх випадках відмінність інтенсивностей змінюється залежно від  і відносні інтенсивності двох сусідніх ліній близькі.

Таблиця 3

Рентгенометричні дані (з різних джерел) для NaCI

Різниця інтенсивностей пояснюється (крім різних шкал інтенсивності) різною товщиною зразка та різною довжиною хвилі використовуваного випромінювання.

Розберемо конкретний випадок фазового аналізу з використанням картотеки ASTM. У табл. 4 наведено результати проміру рентгенограми суміші.

Найяскравіша лінія має  = 3,10 Å, потім йдуть (у порядку падіння інтенсивностей) 2,63, 4,78, 3,06, 2,30, 3,85, 3,77, 3,66. Знаходимо в ключі групу 3,10-3,14 (необхідно переглянути і групу 3,05-3,09, так як невелика помилка у визначенні  самої яскравої лінії може привести до помилкового визначення групи).

Таблиця 4

Рентгенометричні дані для невідомої системи

* Широкі лінії

В якості другої лінії використовуємо всі яскраві, середньояскраві і середні лінії, так як цілком можливо, що частина з них належить до другої фази.

У наступних речовин значення  близькі до однієї з пар (табл. 5). Для кожної пари в першій сходинці вказане значення , у другій - інтенсивності відповідних ліній.

Таблиця 5

З цих речовин тільки для першої збіг можна вважати задовільним - найяскравіша лінія дійсно 3, 10, друга слабкіше першої, третя лінія також присутня і має значну інтенсивність. Для остаточного зіставлення знаходимо картку

- 0210 (). Дійсно, всі лінії вольфрамату кальцію присутні на рентгенограмі досліджуваного зразка (табл. 6). Речовини № 2, 3, 4, 5 не підходять по співвідношенню інтенсивностей трьох ліній ключа, речовини № 6, 7 і 8 підходять дещо краще, проте перегляд карток дозволяє їх також виключити (у речовини № 6, крім того, погано узгоджуються лінії 2, 83 і 2,88). Так, у гідрату основного уранілфосфату барію (11 - 374) повинні бути присутніми досить яскраві лінії з  = 8,0 4,41 і 3,47, яких немає на знімку; у (4 - 0642) - яскрава лінія з  = 5,42 (а лінії 3,09 і 3,02 повинні мати однакову інтенсивність). На знімку вольфрамату кадмію (13-514) повинні бити лінії з  = 2,93 і 3,81, але їх немає.

Декілька різна зміна інтенсивностей на рентгенограмі зразка і у вольфраматі кальцію не повинно бентежити, оскільки умови зйомки були різні (зразок знімався в камері РКД - 57, a - на дифрактометрі). Однак  можна приписати тільки частину ліній. З решти найбільш яскравими є лінії з міжплощинними відстанями 3,85; 3,77; 3,66 і 2,63 (інтенсивність останньої лінії помітно вище, ніж в аналогічної лінії вольфрамату кальцію, і в даному випадку, мабуть, має місце накладення декількох ліній). Тому переглядаємо по ключу гpyпу 3,80-3,84 і 3,85-3,89; 3,75-3,79 і 3,65-3,69. Вдається підібрати тільки одну речовину з міжплощинними відстанями, близькими до 3,85, 3,66 і 3,77 (картка 5-0363).

Таблиця 6

Співставлення рентгенометричних даних досліджуваного зразка і

Для прикладу наведемо дані з групи 3,80-3,84:

) 3,84 3,64 3,76 100 100 95 5 - 0363

) 3,84 3,64 3,67 60 100 60 6 - 0210

) 3,84 3,63 3,41 100 33 33 3 - 0297

У другогої і третьої речовини  досить близькі до знайденого, але інтенсивності сильно розрізняються навіть для сусідніх ліній. Перегляд карток дозволяє остаточно зупинитися на (5-0363), міжплощинні відстані для якого також наведено в табл.6. У ряді випадків групі ліній, що приводяться в таблиці для , відповідає одна лінія зразка; пояснюється це меншою роздільною здатністю камери, в якій проводилася зйомка зразка (суміші трьохоксиду вольфраму і вольфрамату кальцію).

.2 Кількісний аналіз

Для кількісного фазового аналізу необхідно можливо більш точне визначення інтенсивностей, і більш задовільні результати виходять при використанні дифрактометра.

Фотографічний метод (навіть при використанні камери Гіньє і фотометруванні) дає менш точні результати, хоча чутливість його (при використанні камери - монохроматора) можуть бути вищі.

При зйомці плоского зразка в дифрактометрі [10]

Для суміші речовин інтенсивність лінії пропорційна також об’ємній частці даного компоненту. Якщо відомі структури всіх компонентів суміші , то величини  можуть бути обчислені, кутовий множник  залежить тільки від кута θ і можливо визначення концентрацій компонентів суміші з використанням тільки дифрактограми суміші (якщо відомо відношення ). Позначимо через  та  інтенсивності дифракційних ліній речовин A та B, утворюючих суміш ,  - їх об’ємні концентрації (),  - число елементарних осередків на одиницю об’єму ,  - лінійні коефіцієнти поглинання (для монокристальних зразків). Тоді

 . (1)

Відношення  легко розрахувати, знаючи параметри решітки, так як воно пов’язане з об’ємами елементарних осередків  :

 .

Таким чином:

 k= (2)

і для вагових концентрацій

 . (3)

Такий розрахунок містить ряд неточностей які важко усунути: похибки у визначенні координат атомів, розрахунки відношення , і т.д. Ці помилки сумуються у визначенні інтенсивностей. Така методика кількісного фазового аналізу тому і має обмежене застосування.

Звичайно ж використовується метод внутрішнього стандарту. В цьому випадку порівнюються два зразка, один з яких містить відому кількість обумовленої фази A. До обох зразків підмішується обраний для порівняння кристалічний порошок С, дифракційні лінії якого (або частина їх) не співпадають з лініями решти компонентів суміші (особливо А). Використоввуються співвідношення

; .

Якщо концентрації ,  та  відомі, неважко розрахувати . В якості підмішуючої речовини С може бути використаний один із компонентів суміші. В цьому випадку до суміші добавляють відому кількість одного із визначаючих компонентів (зазвичай присутнього в меншій кількості). Зйомка на дифрактометрі зручна ще й тим, в цьому випадку значно скорочується час експерименту - записується не вся дифрактограма , а тільки невелика її частина , яка містить лінії визначаючих речовин. Зручно порівнювати лінії приблизно рівної інтенсивності. Тому при аналізі суміші двох компонентів А і В, з яких А присутній в кількості декількох відсотків, порівнюються інтенсивності найяскравішої лінії А і слабкішої лінії В.

Для отримання надійних результатів необхідно враховувати вплив зернистості порошку , особливо коли у компонентів помітно розрізняються коефіцієнти поглинання. В цьому випадку використання крупнозернистих зразків (з розміром зерна більше 0 ,5 - 1 мікрона ) вносить додаткову помилку (зменшується відносна інтенсивність ліній сильнопоглинаючої речовини). Дуже часто зустрічається випадок , коли частинки одного із компонентів обволікають частинки іншого, що призводить до різкого зменшення інтенсивностей ліній другої фази (так, частинки металу в керметах обволікаються окисними фазами). Тому при проведенні кількісного аналізу необхідно попередньо відпрацювати методику приготування зразків на стандартних сумішах. Інше джерело помилок - переважна орієнтація кристалітів в зразку. Для усунення цієї помилки або істотного зменшення її до зразка додають 30 - 50 % будь - якої аморфної речовини, наприклад крохмалю. У випадку застосування внутрішнього стандарту джерелом помилки може бути нерівномірний розподіл стандарту в суміші.

В якості прикладу розглянемо кількісне визначення графіту в карбіді бору. Вміст графіту в суміші було невелике, тому для порівняння слід було використати найяскравішу лінію графіту (002) і одну з порівняно слабкіших ліній карбіду бору (101). Для вихідного зразка

 , (4)

де  графіту, вміст карбіду бору, інтенсивності ліній графіту (002) ті карбіду бору (101). Після добавлення відомої кількості () графіту

 =  ,

звідси  .

Рис.1. Залежність відношення інтенсивностей лінії графіту  (002) і карбіду бору  (101) від вмісту графіту

Для графічного визначення будується пряма яка відповідає залежності  від ; відрізок, відрізаючий на осі абсцис, рівний . В розглядаючому випадку визначався вміст графіту в зразках № 1, 2 і 3, графіт добавляється до зразка № 3 (кількість графіту дано у % від навішування зразка № 3).В таблиці 7 наведені значення відношень інтенсивностей для зразків № 1,2,3 і сумішей зразка графіту № 3 з 1,2 і 5% графіту.

Таблиця 7

На рис. 1 показана графічна залежність  від . Із графіка знаходимо, що вміст графіту в зразку № 3 дорівнює 0,37 %.

Якщо прийняти точку прямої  з віссю абсцис за початок координат , то по тому ж графіку знаходимо що вміст графіту в зразках № 1 і 2 дорівнює 0,30 і 0,40% відповідно.

Впливом текстури на інтенсивність лінії графіту (002) в даному випадку можна запобігти у вигляді малого вмісту графіту.

Можливі й інші способи визначення вмісту графіту. Наприклад, порівнюють суміші досліджуваних зразків з еталоном і графіту з еталоном (в останньому випадку звертають особливу увагу на видалення текстури), а потім розраховують вміст графіту з рівняння (4). Цей же метод застосовується і при визначенні вмісту суміші кристалічної фази в аморфному або у випадку суміші трьох і більше речовин.

Для визначення вмісту кварцу в суміші необхідно , насамперед , підібрати речовину для внутрішнього стандарту. Лінії речовини взяті в якості внутрішнього стандарту , неповинні співпадати з лініями будь - якого компоненту суміші , тому необхідно зняти дебаєграму досліджуваної суміші , виміряти і розрахувати її. В якості внутрішнього стандарту зазвичай використовується NaCl (найяскравіші лінії 2,81 і 1,99 Å) і KCl (3,14 і 2,22 Å). Якщо в жодної з цих речовин взяти неможна, то потрібно підібрати інший еталон. Для порівняння можуть бути використані яскраві лінії кварцу (4,25 і 3,35 А).

Доцільно проводити порівняння інтенсивностей двох - чотирьох пар ліній еталону і обумовленої речовини. Це дозволить виявити неточності, обумовлені, наприклад, текстурою. Всі речовини повинні бути ретельно розтерті. Для визначення кількості кварцу в досліджуваній суміші до неї добавляється відома масова кількість стандарту і готується суміш чистого кварцу із стандартом (обидві суміші ретельно перетираються). Після запису дифрактограми сумішей на дифрактометрі вони перемішуються ще раз і знімаються повторно. Для розрахунку використовується наступне співвідношення:

 ,  ,

де  і - кількісно стандартні речовини, добавленого до кварцу і досліджуваної суміші (в % від кількості кварцу і суміші),  - вміст кварцу в досліджуваній суміші (вага %), , , ,  - інтенсивності ліній кварцу в стандартній речовині.

Для кожної пари ліній кварцу і стандарту коефіцієнт  сталий і розраховується із співвідношення

 =.

Вміст кварцу визначається за формулою .

Як зазначалось ,  визначається із даних для декількох пар ліній і береться середнє значення .

Розділ II. Експериментальне дослідження наночастинок отриманих методом вибуху ніхромових дротин

.1 Ніхром та його використання

Ніхро́м - загальна назва прецизійних жаростійких хромо - нікелевих сплавів, а також потрійних хром - нікель - залізних сплавів з однофазною структурою твердого розчину з додаванням марганцю, кремнію та алюмінію. Такі сплави містять 65...85% нікелю (Ni), 15...20% хрому (Cr), до 20% заліза (Fe) і низьку кількість вуглецю (C) (приблизно до 0,05%). Назва сплаву походить від частин слів «Нікель» та «Хром».[5]

Властивості ніхрому визначаються його основними компонентами - хромом і нікелем. Нікель має властивість розчиняти в собі велику кількість інших металів, зберігаючи при цьому хорошу пластичність. Також даний метал має високу корозійну стійкість в рідких і газоподібних середовищах і, як зазначається вище, має гарну пластичність, жаростійкість. Хром, у свою чергу, володіє високою жароміцністю, твердістю і також стійкий проти корозії. Таким чином, ніхром поєднує в собі хорошу жароміцність, жаростійкість і пластичність, а також має високий опір корозії. Властивість жаростійкості визначає максимальні робочі температури ніхрому. Для ніхрому Х20Н80 - до 1200 °С (у залежності від діаметра дроту), для ніхрому марки Х15Н60 - до 1125 °С (у залежності від діаметра дроту) за ГОСТ 12766.1-90. Вплив кількості нікелю в сплаві можна побачити по даній характеристиці. Чим більше нікелю в ніхромі, тим більшу максимальну робочу температуру має останній.

Іншою властивістю, гідним уваги, є пластичність. Вона відноситься до технологічних властивостей, які показують, яким видам обробки (штампування, зварювання, гостріння, волочіння і т.д.) може піддаватися даний матеріал. Ніхром має гарну пластичність, що дає можливість отримувати такі види продукції, як стрічка ніхромова і ніхромовий дріт, у тому числі тонкий дріт. Для отримання ніхромового дроту застосовують обробку металу тиском - волочіння.

Варто відзначити найважливіші фізичні властивості ніхрому - малий температурний коефіцієнт електричного опору і високий питомий електричний опір. Дані властивості в сукупності з високою жаростійкістю визначили застосування ніхрому у вигляді стрічки і дроту для виготовлення високотемпературних нагрівальних елементів.

Ніхром Х20Н80 і Х15Н60(дріт ніхромовий, а також стрічка ніхромова) застосовуються в основному в електротехніці. Його використовують для виготовлення електронагрівачів, електронагрівальних елементів, які тривалий час працюють на повітрі при температурі до 1250 °С; дротяних і стрічкових резисторів; реостатів в нагрівальних приладах. Також ніхром рекомендується застосовувати при виготовленні нагрівачів електротермічного устаткування підвищеної надійності. Х15Н60 також використовується при створенні непрецізіонних резисторів.[6]

.2 Рентгеноструктурні дослідження наночастинок, отриманих методом вибуху ніхромових дротинок

На рис.2 показано рентгенівську дифрактограму порошку отриманого розтиранням ніхромової дротини в фарфоровій ступці.

Рис. 2. Рентгенівська дифрактограма порошку ніхромового дроту

Для її інтерпретації ми припустимо, що в ній можуть бути присутні рефлекси наступних речовин, враховуючи хімічний склад ніхрому: нікель, хром, залізо, та їхні оксиди. Використовуючи формулу Вульфа - Брега і відомі міжплощинні відстані вище вказаних речовин [4] ми провели розрахунки кутових положень їх рефлексів.

 [4],

де  міжплощинна відстань,

 кут ковзання падаючого променя,

 довжина хвилі,

 порядок відбивання.

Результати проведених розрахунків з використанням Excel наведені в таблицях.

Таблиця 8

Таблиця 9

Таблиця 10

Таблиця 11

Таблиця 12

Таблиця 13

Таблиця 14

Рис.3. Рентгенівська дифрактограма наночастинок отриманих методом вибуху ніхромових дротинок.

Рентгенівська дифрактограма порошку, отриманого вибухом ніхромової дротини. Проведений аналіз з врахуванням відносної інтенсивності показав присутність рефлексів наступних речовин: нікель (111) (2θ = 43,71); нікель(200) (2θ = 50,25); нікель(220) (2θ = 75,60), хром (111) (2θ = 42,72); хром (200) (2θ = 64,80); хром (220) (2θ = 81,48), хром (311) (2θ =98,86); оксид заліза Fe2O3 (113) (2θ = 40,84); оксид заліза Fe2O3 (024) (2θ = 50,93); оксид заліза Fe2O3 (116) (2θ = 55,19). Крім того присутні слабкі лінії заліза Fe). Наші результати добре узгоджуються з результатами авторів робіт [7,8,9,12].

На рис.3 показано рентгенівську дифрактограму наночастинок отриманих методом вибуху ніхромових дротинок. Проведений аналіз з врахуванням відносної інтенсивності показав присутність сильних рефлексів оксиду нікелю NiO (111) (2θ = 37,34); оксиду нікелю NiO (200) (2θ = 43,38); оксиду нікелю NiO (220) (2θ = 63,30); оксиду нікелю NiO (311) (2θ = 74,75), оксиду заліза Fe2O3 (110) (2θ = 35,82); оксиду заліза Fe2O3 (116) (2θ = 51,79) оксиду заліза Fe2O3 (214), (300) (2θ = 63,30). Останні два рефлекси в наших експериментах не розділяються внаслідок близькості кутових положень, а тому рефлекс 2θ = 63,30 має набагато більшу інтенсивність, чим вказану в таблицях наведених вище. На дифрактограмі приведенній на Рис.3 рефлекси мають набагато більшу півширину, чим на дифрактограмі вихідного порошку ніхрому. Це свідчить про те, що піч час вибуху утворюються об’єкти з досить малими розмірами. Для визначення розмірів ост об’єктів деякі рефлекси були описані за допомогою функції Гауса. На Рис. 4 і Рис. 5 наведені описи експериментальних рефлексів функціями Гауса. В наслідок чого була отримана наступна інформація: кутове положення рефлексу, півширина і інтегральна інтенсивність.

Рис.4. Опис рефлексу оксиду нікелю NiO (200) 2θ = 43,38) за допомогою функції Гауса.

Рис. 5. Опис рефлексу оксиду заліза Fe2O3 (110) 2θ = 35,82 за допомогою функції Гауса

наночастинка вибух ніхром рентгеноструктурний

Отримані результати використовувалися для розрахунку розмірів нанокристалів з використанням формули Дебая - Шеррера [11]:

= 0,89λ/(β cos θ),

де λ - довжина хвилі рентгенівського випромінювання; β - півширина рефлексу; θ - кут дифракції.

Проведемо розрахунки розмірів наночастинок оксидів нікелю (NiO) і заліза (Fe2O3 ) використовуючи формулу Дебая - Шеррера.

= 0, 89×1, 54184/(0, 97× π/180×cos 21,67) = 81 Å= 0, 89×1, 54184 / (0, 28 ×π/180×cos 17,67) = 281 Å

Висновки

Рентгенівські дослідження ніхромого дроту показали, що в вихідних зразках присутні наступні речовини: нікель, хром і оксид заліза, про що свідчать рентгенівські рефлекси.

Зразки отримані вибухом ніхромових дротин в основному складаються з оксиду нікелю (NiO) і оксиду заліза (Fe2O3).

Можливо, присутні оксиди хрому, але це вимагає додаткових досліджень.

Оксиди нікелю і заліза в зразку отриманому методом вибуху мають малі розміри, оцінка яких з використанням формули Дебая-Шеррера дала такі результати для оксидів нікелю (NiO) і заліза (Fe2O3) 81 Å і 281 Å відповідно.

Література

X-ray diffraction date cards, ASTM.

Михеев В.И. Рентгенометрический определитель минералов. М.: Госгеолиздат, 1957.

Миркин В.И. Справочник по рентгеноструктурному аналізу поликристалов М.: Физматгиз, 1961.

Липсон Г., Стипл Г. Интерпретация порошковых рентгенограмм М.: «Мир», 1972.://uk.wikipedia.org/wiki/://bankstatey.com/index.php?newsid=10726

M.N. Batin, V. Popescu Synthesis and Characterization of Iron Oxide Powders Powder Metallurgy Progress, Vol. 11, 2011, N 3-4, P. 201-205.Yue, Wuzong Zhou Porous crystals of cubic metal oxides templated by cage - containing mesoporous silica Supplementary Material (ESI) for Journal of Materials Chemistry The Royal Society of Chemistry, 2007, P. 1-5.. K. Sahoo ,, K. Agarwal, A.K. Singh, B. G. Polke, K. C. Raha Characterization of γ - and α - Fe2O3 nano powders synthesized by emulsion precipitation - calcination route and rheological behaviour of α- Fe2O3 International Journal of Engineering, Science and Technology Vol. 2, No. 8, 2010, P. 118-126.

Ковба Л.М., Трунов В.К. Рентгенофазовий анализ М.: издательство Московского университета, 1976, 384 с.

Камерон Г.Н. Паттерсон А.Л. Рентгенографическое определение размеров частиц. 1939. - УФН - Т.XXII, вып. 4, - С. 442-448.

Миркин Л.И. Рентгеноструктурный анализ индицированик рентгенограм. М.: Наука, 1981 , 495 с.