Лако-красочные материалы — производство

Явление дифракции лежит в основе рентгенографического и электроиогра — фического методов исследования. Рентгеновские лучи имеют ту же природу, что н лучи видимого света. Они отличаются меньшей длиной волн (10-3—■ Ю-2 нм). Для рентгенографических исследований обычно применяют лучи с длиной волны от 0,07 до 0,2 нм. Рентгеновские лучи образуются в рентге­новской трубке, в которой электроны, испускаемые катодом и движущиеся с большой скоростью, внезапно тормозятся, попадая на анод. От силы удара электронов об анод, а также от природы вещества анода зависят свойства получающихся рентгеновских лучей.

Рентгеновские методы исследования используются не только для каче­ственного и количественного анализа материалов, определения строения кристаллических решеток, но и выполнения дисперсионного анализа твердых фаз. Методы рентгенографического анализа дисперсности веществ и материа­лов основаны на использовании явления дифракционного расширения интер­ференционных максимумов, получающихся при рассеянии рентгеновских лучей частицами ультрамикрогетерогенных систем. В зависимости от структу­ры просвечиваемых частиц (от степени упорядоченности) различают два типа рассеяния рентгеновских лучей: интерференционное рассеяние и дифракцион­ное рассеяние.

Интерференционное рассеяние объясняется с помощью теории интерфе­ренции рентгеновских лучей, рассеянных идеальным кристаллом. Согласно этой теории при попадании рентгеновских лучей с длиной волны Я. под уг­лом 0 на поверхность кристалла с межплоскостными расстояниями d Отражение происходит лишь тогда, если разность хода лучей, отраженных от двух соседних плоскостей кристалла, равна кратному целому числу дли­ны волны. Это условие выражается формулой дифракции Вульфа — Брэгга

NX = 2d sin 0 (V.27)

Где п — целое положительное число, называемое порядком отражения.

Известно, что чем больше размеры решетки кристалла при неизменной ее постоянной, тем резче выражены интерференционные максимумы. Подобно этому ограниченность пространственной решетки реального кристалла ска­зывается на резкости интерференционных максимумов интенсивности рас­сеянных нм рентгеновских лучей. Ввиду того, что длина волны применяемых рентгеновских лучей имеет порядок 0,1 нм, дополнительный эффект дифрак­ционного расширения максимумов начинает заметно проявляться прн раз­мерах кристалликов меньше 0,1 мкм, причем в соответствии с формулой Шер — рера:

Ск

D=>————

I cos©

Т. е. величина дифракционного расширения линии D обратно пропорциональ­на длине ребра кристаллика I (С — константа). Шеррер впервые экспери­ментально открыл явление расширения дебаевских линий на кристалликах коллоидного золота. За количественную характеристику ширины лннин при­нимают ширину интерференционных пиков на уровне, соответствующем интенсивности, составляющей половину от максимальной (за вычетом фона). Эту величину называют полушириной линии, нлн шириной линии по Шерреру.

Методом интерференционного рассеяния определяют концентрацию кри-

20*
сталликов в дисперсных системах и распределение их по размерам. При крупнозернистом строении (>1 мкм) структуры (например, крупнозернистые порошки) на рентгенограмме наблюдаются интерференционные пятна, по размеру которых судят о среднем размере кристалликов, а по их числу определяют концентрацию кристалликов в единице объема. Если кристаллики имеют размеры от 1 до 0,1 мкм, то для определения размера частиц исполь­зуют явление уменьшения интенсивности отдельных линий иа рентгенограм­ме. Еще меньшие частицы обусловливают слияние интерференционных пятен, поэтому размеры таких частиц определяют по величине расширения линий (V.6). Метод интерференционного рассеяния позволяет оценить также форму кристаллов. Однако этим методом нельзя исследовать системы с ча­стицами аморфной структуры.

Дифракционное рассеяние рентгеновских лучей под малыми углами ха­рактерно для ультрамикрогетерогенных систем с частицами аморфной струк­туры. Природа этого явления аналогична дифракции видимого света малы­ми экранами и отверстиями, теория которой рассматривалась в начале этого раздела. Отличия состоят не только в размерах частиц н применяемых длин волн, а главное, в условиях, при которых проявляется дифракционное рас­сеяние. Данный метод применим, если размеры определяемых частиц сравни­мы нли больше длин рентгеновских лучей. В связи с этим максимум рассеяния приходится на направление, совпадающее с направлением падаю­щих лучей. Размер же области рассеяния, т. е. угол 0 макс, При KOTOpOM Интенсивность рассеянных лучей практически равна нулю, тем меньше, чем больше объем рассеивающей частицы. Эту величину можно оценить по соотношению

Ома КС = V (V.28)

Где г —,радиус частицы.

Из соотношения (V.28) следует, что дифракционное рассеяние рентге­новских лучей (л»0,1 нм) доступно наблюдению, если рассеивающий объем отвечает объему частиц ультрамикрогетерогенных систем. Согласно (V.29) для г = 100 нм Эмак<-даЗ’ и для г=10 нм 6м«к<-»30′. Логарифм интенсивно­сти рассеянных лучей под малыми углами линейно убывает с увеличением радиуса частиц, угла рассеяния и с уменьшением длины волны рентгеновского излучения согласно соотношению

Ln/ = K— K’rW/k2 (V.29>

Где К и К’—константы.

Преимущество метода малоуглового рассеяния рентгеновских лучей состоит в том, что ои применим для исследования обширного класса вы- сокоднсперсных систем независимо от структуры их частиц. Определение функции распределения частиц по размерам с помощью данного метода более удобно в экспериментальном и теоретическом отношении, чем по предыду­щему методу. Учет влияния различных посторонних факторов в этом методе несравненно проще.

Электронография основана на дифракции электронов. Так как длины волн электронов находятся в пределах десятых и сотых долей нанометра, то разрешающая способность электронографического метода достигает тысяч­ных долей нанометра. Таким образом, она существенно дополняет рентге­нографический метод исследования.

Электронография широко используется для определения геометрической структуры молекул, пространственного расположения атомов, валентных углов, межатомных расстояний, электронной плотности между атомами и других структурных параметров. Подобные исследовани’я обычно проводят в газовой фазе вследствие малой проникающей способности электронного пучка в твердом веществе.

Глубина проникновения электронов в твердое вещество не превышает 10 нм, но этого вполне достаточно для исследования строения поверхностных слоев и очень тонких пленок. С помощью электронографии можно исследо­вать строение твердых растворов и аморфных фаз, установить фазовый состав и фазовые превращения и т. д.

Электронографические исследования проводят с помощью специальных приборов — электронографов или электронных микроскопов, снабженных при­ставкой для электронографирования. Образцы готовят так же, как и для электронно-микроскопических исследований, если работают «на просвет»: при работе «на отражение» используют шлифы.