técnicas de caracterización mediante radiación sincrotrón ... 2015/curso...

Técnicas de caracterización

mediante radiación sincrotrón:

Difracción de rayos X bajo

altas presiones

Domingo Martínez

Índice Radiación sincrotrón

• ¿Qué es la radiación sincrotrón?• Fuentes de radiación sincrotrón• Aplicaciones y técnicas

Difracción de rayos X (XRD) bajo altas presiones

• XRD• Altas presiones y XRD en sincrotrón• Ejemplos

Radiación sincrotrón

¿Qué es la radiación sincrotrón? La radiación sincrotrón es radiación electromagnéticaemitida cuando partículas cargadas (electrones)relativistas son aceleradas radialmente usando camposmagnéticos.

2 E/mc Bending magnet

F

Bv

¿Qué es la radiación sincrotrón?

2 E/mc

La radiación sincrotrón es radiación electromagnéticaemitida cuando partículas cargadas (electrones)relativistas son aceleradas radialmente usando camposmagnéticos.

¿Qué es la radiación sincrotrón?

)e o (e m

GeV) 8-(2 E

E/mccon 1:emisión ángulo

-

2

2c BE665.0E

¿Qué es la radiación sincrotrón?

Elementos de inserción

Fuentes de radiación sincrotrón

Cañón de electrones

LINAC (100-200 MeV)

Booster (2-8 GeV)

Anillo de almacenamiento

Imanes de curvatura

Elementos de inserción(wigglers y onduladores)

Fuentes de radiación sincrotrón

Fuentes de radiación sincrotrón

High brillianceBroad EM spectrum (IR-Hard X-rays)

High collimation

PolarizationFast time structure

Fuentes de radiación sincrotrón

Fuentes de radiación sincrotrón

50 instalaciones en el mundo

Fuentes de radiación sincrotrónALBA, Cerdanyola del Vallés, Barcelona

Capacidad para 30 líneas8 líneas operativas3 en diseño/construcción4 pendientes de financiación

En funcionamiento (usuarios) desde 2012

https://www.cells.es

BL04-MSPD (Material Scienceand Powder Difraction)High resolution and highpressure powder difraction

Aplicaciones y técnicas

Molecules AtomsNuclei

Chemical bond length

Valence electrons

Synchrotron light

Core electrons

Aplicaciones y técnicas

Aplicaciones y técnicas

Aplicaciones y técnicas

, IXS

Referencias Radiación Sincrotrón

Difracción de rayos X (XRD) bajo altas presiones

X-ray difracction (XRD)

X-ray difracction (XRD)

Cada pico corresponde a la dispersion por parte de un conjunto específico de planos paralelos de átomos.

Los índices de Miller (hkl) identifican los diferentes planos La intensidad y posición de los picos determinan las posiciones

atómicas dentro de cada estructura.

35 40 45 500

10

20

1 1

0

1 0

2

1 1

1

2 0

0

2 0

1

1 1

20

0 3

Calculated_Profile_00-005-0490

2grados)

Inte

nsity

Altas presiones y XRD Celda de diamante (DAC)

¿ Cuales son las condiciones que impone alta presión a la XRD?

1. Tamaño de muestra2. Absorción de los yunques3. Rango angular limitado

Gasket hole (150 m)

Sample

P. medium

Ruby

X-ray Beam( 20 m)

X –rayBeam

DifractedBeam

Apertura angular: 30º- 60º

Haz muy colimado, muyintenso y de rayos X duros (20-90 keV)

Sample (PbCrO4)Ruby

sin2dSINCROTRÓN

Altas presiones y XRD en sincrotrón Two different experimental approaches

Fixed , variable (E) Energy dispersive XRD (EDXRD)

Fixed (E), variable Angle dispersive XRD (ADXRD)

Altas presiones y XRD en sincrotrón Angle dispersive X-ray diffraction (ADXRD)

sin2d 0 ( )( )2sinhkl

hkl

Åd Å

fijo 0

Reading

(image plate, CCD)

Integration

Inte

nsity

2

Altas presiones y XRD en sincrotrón BL04-MSPD (ALBA)

Rendijas secundarias

DAC

Sistema óptico ruby

Pinhole(20 m)

Detector(CCD)

direct X-raydifractted X-ray2

Beam stop

Altas presiones y XRD en sincrotrón BL04-MSPD (ALBA)

Altas presiones y XRD en sincrotrón BL04-MSPD (ALBA)

45

Altas presiones y XRD en sincrotrón: Ejemplos

46

LiNiPO4 LiMPO4 (M=Fe, Mn, Co, Ni)

-phase)

Pressure

-phase)

Tamb

MSPD (ALBA), DAC

=0.4246 Å (29 keV)

( )2sinhkl

hkl

d Å

Altas presiones y XRD en sincrotrón: Ejemplos

LiNiPO4 LiMPO4 (M=Fe, Mn, Co, Ni)

-phase)

Pressure

-phase)47

-phase)

-phase)

Tamb

Altas presiones y XRD en sincrotrón: Ejemplos

Cálculos DFT

Síntesis HP-HT de la fase de LiNiPO4

Síntesis a P = 6 GPa y T = 973 K, 1 h

Material de partida - LiNiPO4

2 mm

48

- LiNiPO4

1 mm1 mm1 mm

PE Press

Altas presiones y XRD en sincrotrón: Ejemplos

García-Moreno et al., Chem. Mater. 13, 1570 (2001)

Caracterización a Pamb y Tamb : Difracción de rayos XSíntesis HP-HT de la fase de LiNiPO4

- LiNiPO4

-phase)

-phase)

MSPD (ALBA)

Altas presiones y XRD en sincrotrón: Ejemplos

- LiNiPO4 =0.4246 Å (29 keV)

51

Caracterización a HP y Tamb : Difracción de rayos XSíntesis HP-HT de la fase de LiNiPO4

=0.4246 Å (29 keV)

MSPD (ALBA)

- LiNiPO4

Altas presiones y XRD en sincrotrón: Ejemplos

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Pressure-induced phasetransition in LaVO4

(Monazite-type) (BaWO4_II-type)

P

11-12 GPa

Altas presiones y XRD en sincrotrón: Ejemplos

LaVO4

MSPD (ALBA)

=0.534 Å (23 keV)

Altas presiones y XRD en sincrotrón: Ejemplos

Referencia

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