Методы исследования конденсированных твердых тел и область их применения.

С точки зрения получения химически ценной информации наибольший интерес представляют следующие методы исследования:

• Вторично-ионная масс-спектрометрия (зондирование ускоренными ионами в сочетании с масс-спектрометрическим анализом продуктов распыления);

• Оже-электронная спектроскопия (зондирование потоком ускоренных электронов в сочетании регистрацией эмитируемых оже-электронов);

• Электронныймикрозонд (основан на регистрации характеристического рентгеновского излучения, генерируемого твердым телом под действием потока электронов);

• Обратное резерфордовское рассеяние (определение энергетических потерь при рассеивании легких ускоренных ионов);

• Метод ядерных реакций (инициирование ядерных реакций потоком нейтронов, протонов, дейтронов, др. и их регистрация по характеристическому γ-излучению);

• Рентгенофотоэлектронная спектроскопия (изучение спектра фотоэлектронов, генерированных под действием зондирующего рентгеновского излучения). К этим методам примыкают такие методы исследования морфологии поверхности твердого тела, как просвечивающая и сканирующая электронная микроскопия, сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия, а также методы исследования ближнего и среднего порядка в аморфных веществах, основанные на дифракции фотоэлектронов, генерируемых при поглощении рентгеновского излучения.

Дифракционные методы — совокупность методов исследования атомного строения вещества, использующих дифракцию пучка фотонов, электронов или нейтронов, рассеиваемого исследуемым объектом.

В основе дифракционных методов лежит простое соотношение для длины волны и расстояния между рассеивающими атомами.

1. Рентгеноструктурный анализ позволяет определять координаты атомов в трёхмерном пространстве кристаллических веществ от простейших соединений до сложных белков.

2. С помощью газовой электронографии определяют геометрию свободных молекул в газах, то есть молекул, не подверженных влиянию соседних молекул, как это имеет место в кристаллах.

3. Дифракция электронов — метод исследования структуры твёрдых тел.

4. Дифракционным методом является также нейтронография, в основе которой лежит рассеяние нейтронов на ядрах атомов, в отличие от первых двух методов, где используется рассеяние на электронных оболочках.

5. Дифракция отражённых электронов — кристаллографический метод, применяемый в растровом электронном микроскопе.

6. Фотокристаллография - кристаллографический метод изучения свойств кристаллов в возбуждённом состоянии.

Применение твердых тел как поглотителей при химическом газовом анализе также приводит к погрешностям, обусловленным сорбцией этими поглотителями различных газов.

Методика эксперимента с применением твердого тела в основном состоит в измерении поглощения колебательной энергии в диапазоне радиочастот образцам твердого вещества, который является плечом мостика. Если твердое вещество поглощает энергию радиоволн, то мостик оказывается неуравновешенным.

Другие способы, такие как фронтальный анализ и методы вытеснения, применяются относительно редко. В случае применения жидкой стационарной фазы метод называется газо-жидкостной хроматографией, а в случае применения твердого тела - газо-твердой хроматографией.

 

Лекция № 2. Структура конденсированных твердых тел и способы ее определения.

Вопросы:

1) Точечная симметрия конденсированных кристаллов.

2) Пространственная решетка кристалла.

3) Трансляционная симметрия кристаллов.

4) Кристаллографические системы координат.

5) Кристаллографические символы узловых плоскостей и прямых.

6) Трансляционные элементы симметрии.

7) Обратная решетка.

8) Методы определения атомной структуры твердых тел.

9) Формулы Лауэ и Вульфа-Брэгга.

10) Факторы атомного и структурного рассеяния.

11) Симметрия и физические свойства кристаллов.

Точечная симметрия конденсированных кристаллов.

Точечной группой называется группа операций симметрии, оставляющих неподвижной одну точку.

Всего возможно 11 точечных групп с поворотными осями симметрии. Группы поворотов N − Cn имеют единственный элемент симметрии − ось N, Группы диэдров N2 − D n содержат главную ось симметрии N и n осей.