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

Хром Cr
λ	d	λ/2d	arcsin θ	θ	2θ	I
1,541841	2,052	0,375692	0,385144	22,0671	44,1342
1,541841	1,436	0,536853	0,566702	32,46964	64,93928
1,541841	1,172	0,657782	0,71787	41,13092	82,26185
1,541841	1,014	0,760276	0,863739	49,48858	98,97716
1,541841	0,909	0,848097	1,012384	58,00531	116,0106
1,541841	0,829	0,92994	1,19425	68,42548	136,851

Таблиця 9

Залізо a-Fe
λ	d	λ/2d	arcsin θ	θ	2θ	I
1,541841	2,0268	0,380363	0,390189	22,35619	44,71238
1,541841	1,4332	0,537901	0,567946	32,5409	65,08179
1,541841	1,1702	0,658794	0,719214	41,20794	82,41587
1,541841	1,0134	0,760727	0,864432	49,5283	99,05659
1,541841	0,9064	0,85053	1,016992	58,26936	116,5387
1,541841	0,8275	0,931626	1,198861	68,68968	137,3794

Таблиця 10

g-Fe
λ	d	λ/2d	arcsin θ	θ	2θ	I
1,541841	2,07	0,372425	0,381621	21,86527	43,73054
1,541841	1,8	0,428289	0,442599	25,35903	50,71806
1,541841	1,26	0,611842	0,658387	37,72278	75,44556
1,541841	1,081	0,713155	0,793988	45,49218	90,98437
1,541841	1,018	0,757289	0,859152	49,22579	98,45159

Таблиця 11

FeO
λ	d	λ/2d	arcsin θ	θ	2θ	I
1,541841	2,45	0,314661	0,3201	18,34037	36,68074
1,541841	2,14	0,360243	0,368529	21,11513	42,23026
1,541841	1,51	0,510543	0,535816	30,70002	61,40005
1,541841	1,293	0,596226	0,638792	36,60009	73,20018
1,541841	1,238	0,622714	0,672207	38,51462	77,02924
1,541841	1,072	0,719142	0,802567	45,9837	91,96739
1,541841	0,984	0,783456	0,900207	51,57807	103,1561
1,541841	0,959	0,803879	0,933789	53,50217	107,0043
1,541841	0,876	0,880046	1,075959	61,64792	123,2958

Таблиця 12

Fe2O3
λ	d	λ/2d	arcsin θ	θ	2θ	I
1,541841	3,68	0,209489	0,211053	12,09242	24,18484
1,541841	2,69	0,286587	0,290663	16,65376	33,30753
1,541841	2,51	0,30714	0,312186	17,88693	35,77387
1,541841	2,2	0,350418	0,358018	20,5129	41,02581
1,541841	1,84	0,418978	0,43232	24,77011	49,54022
1,541841	1,69	0,456166	0,473682	27,13997	54,27995
1,541841	1,6	0,481825	0,502736	28,80468	57,60936
1,541841	1,485	0,519138	0,545842	31,27447	62,54893
1,541841	1,452	0,530937	0,559706	32,06878	64,13756
1,541841	1,351	0,570629	0,607272	34,79413	69,58826
1,541841	1,308	0,589389	0,630302	36,11364	72,22727
1,541841	1,259	0,612328	0,659001	37,75799	75,51598
1,541841	1,23	0,626765	0,677394	38,81182	77,62363
1,541841	1,19	0,647832	0,704735	40,37836	80,75672
1,541841	1,163	0,662872	0,724648	41,51929	83,03858
1,541841	1,14	0,676246	0,742655	42,55098	85,10196
1,541841	1,104	0,698297	0,773016	44,29056	88,58113
1,541841	1,056	0,730038	0,818378	46,8896	93,77919
1,541841	0,962	0,801373	0,929586	53,26137	106,5227
1,541841	0,954	0,808093	0,940907	53,90999	107,82
1,541841	0,9	0,856578	1,028601	58,93452	117,869
1,541841	0,881	0,875051	1,065542	61,05107	122,1021
1,541841	0,843	0,914496	1,154261	66,13429	132,2686

Таблиця 13

Нікель Ni
λ	d	λ/2d	arcsin θ	θ	2θ	I
1,541841	2,03	0,379764	0,389541	22,31905	44,6381
1,541841	1,76	0,438023	0,453398	25,9778	51,95561
1,541841	1,244	0,619711	0,668374	38,29503	76,59005
1,541841	1,061	0,726598	0,813357	46,60194	93,20387
1,541841	1,017	0,758034	0,860293	49,29117	98,58233
1,541841	0,808	0,954109	1,266671	72,57492	145,1498
1,541841	0,788	0,978325	1,362213	78,04907	156,0981

Таблиця 14

NiO
λ	d	λ/2d	arcsin θ	θ	2θ	I
1,541841	2,4	0,321217	0,327014	18,73653	37,47306
1,541841	2,08	0,370635	0,379692	21,75477	43,50954
1,541841	1,474	0,523012	0,550382	31,53454	63,06908
1,541841	1,258	0,612814	0,659617	37,79327	75,58654
1,541841	1,203	0,640832	0,695581	39,85385	79,70771
1,541841	1,042	0,739847	0,832843	47,71837	95,43673
1,541841	0,957	0,805559	0,936619	53,66431	107,3286
1,541841	0,933	0,826281	0,972473	55,7186	111,4372
1,541841	0,852	0,904836	1,130995	64,80122	129,6024
1,541841	0,802	0,961247	1,291491	73,99701	147,994

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 (g-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

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

D = 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.

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

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

Висновки

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

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

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

4. 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

1. X-ray diffraction date cards, ASTM.

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

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

4. Липсон Г., Стипл Г. Интерпретация порошковых рентгенограмм М.: «Мир», 1972.

5. http://uk.wikipedia.org/wiki/

6. http://bankstatey.com/index.php?newsid=10726

7. M.N. Batin, V. Popescu Synthesis and Characterization of Iron Oxide Powders Powder Metallurgy Progress, Vol. 11, 2011, N 3-4, P. 201-205.

8. Wenbo 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.

9. S. 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.

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

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

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

Дата добавления: 2015-05-24