در مقاله اول بهمعرفی دستگاه پراش پرتو ایکس و قانون براگ پرداخته شد و کاربرد آن در زمینههای مختلف بیان گردید. در این مقاله با آنالیز نمونههای پلیمری و ترکیبات معدنی بهکمک پراش پرتو X آشنا شده و ارتباط بین تأثیر تغییر درصد بلورینگی با شدت پیکهای تولیدی در ساختارهای مختلف پلیکریستال، تک کریستال و آمورف معرفی میشود.
دادههای تفرق پرتو ایکس پودری بهصورت شدت فوتون بر حسب زاویه دتکتور 2θ است. این دادهها بهصورت لیستی از محل پیک و شدت آنها آماده میشود.
بخشی از دادههای خام
بلندترین پیکها
شکل 1. پیکهای حاصل از XRD نمونه کریستالی
یکی از مهم ترین مسائلی که در آنالیز نمونه مورد توجه قرار می گیرد ثبات ویژگی های فیزیکی ماده مورد نظر است. تغییر در میزان فشار اعمالی یا زمان خرد نمودن نمونه سبب بروز تغییر در پیک حاصل می شود.
شکل 2- تاثیر فشار بکار رفته در آماده سازی نمونه
شکل 3- تاثر زمان خرد کردن نمونه
فاز منطقه ای از ماده است که از نظر شیمیایی یکسان، از نظر فیزیکی مجزا و از نظر مکانیکی (اغلب) قابل جدا شدن است. مقایسه محل و شدت پیک های پراش با پیک های یک مرجع برای مواد کریستالی، ماده تحت پراش را می توان شناسایی کرد. برای شناسایی یک فاز، هم محل پیک و هم شدت های نسبی پیک ها باید با نمونه مرجع هم خوانی داشته باشد.
شکل 4- نمونه ای که با پیک مرجع هم خوانی دارد
شکل 5- نمونه ای که با پیک مرجع هم خوانی ندارد
وقتی مخلوطی از چند فاز را در نمونه داریم، طرح پراش حاصل از آزمایش XRD ترکیبی از طرح برای هر فاز است (هر فاز به صورت مجزا پیک می دهد.)
شکل 6- تاثیر تغییر فاصله بین اتمی در محل پیک حاصل
اندازه سلول واحد به فاصله بین اتمی مرتبط است و هر چیزی که فاصله بین اتمی را دستخوش تغییر کند، باعث تغییر محل پیک می شود. تغییر دما و تنش سبب تغییر فاصله بین اتمی می شوند.
شکل 7- تأثیر تغییر فاصله بین اتمی در محل پیک حاصل
شکل 8- تشخیص نمونه مجهول از روی پیک های حاصل از XRD با الگوهای مرجع
برای شدت نسبی پیک ها، شدت مطلق هر پیک را به شدت مطلق پیک با بیشترین ارتفاع تقسیم و به درصد تبدیل کنید. شدیدترین پیک حاصل را پیک %۱۰۰ می گویند.
اگر یک پیک اصلی (با شدت بالا) در طرح پراش دیده نمی شود پس طرح پراش مربوط به این ماده نیست. |
پیک های کوچک می توانند در نویز زمینه حذف شوند؛ بنابراین دیده نشدن آن ها قابل قبول است. |
شکل 9- تفاوت پیک های بزرگ و کوچک
همان طور که قبلاً گفتیم از پراش پرتو X در آنالیز نمونه های کریستالی استفاده می شود. حال می خواهیم عوامل مؤثر در درصد کریستالی نمونه را ذکر کنیم.
آرایش زنجبره ها در میزان کریستالینیتی ترکیب موثر بوده است، هرچه آرایش زنجیر ها به سمت ایزو تاکتیک رفته ساختار منظم تر شده و درصد کریستالیتی بالاتر رفته و شدت پیک حاصل بیش تر شده است اما هرچه آرایش زنجیرها بی نظم تر شود پیک حاصل پهن تر می شود.
شکل10- تاثیر تاکتیسیتی بر شدت پیک های حاصل از نمونه پلپیمری
دو نوع سرد کردن داریم 1- Anealing سرد کردن آهسته نمونه 2-سرد کردن سریع نمونه Quanching
شکل 11– پیک XRD نمونه آمورف (PET)
شکل1 –11 پیک XRD نمونه (PET) بعد از Quanching
شکل 2–11 پیک XRD نمونه (PET) بعد از Anealing
شکل 12- قانون پراگ در پیک ها
شکل 13 – تفاوت های نمونه های پلی کربستال و تک کریستال
شکل 14– پیک های حاصل از پراش پودری پرتو ایکس بر نمونه پلی کریستال
شکل 15 – پیک های حاصل از پراش پودری پرتو ایکس بر نمونه تک کریستال
همان طور که قبلاً اشاره شد SAXS اطلاعاتی در زمینه:
شکل 16 – تفاوت SAXS و WAXS
هم چنین WAXS اطلاعاتی در مورد :
شکل 17- نانو کامپوزیت (پلیمر/نانو رس) و مقایسه پیک حاصل ازآن با پیک نانو کلی
تصویر پایین پیک های حاصل از پراش اشعه ایکس بر روی رس می باشد که این ترکیب حاوی انواع ذرات معدنی می باشد که می توانند در درجه های مختلف پیک هایی را ایجاد نمایند. این الگو به ما در شناسایی نوع ذره در ترکیبات که با رس تقویت می شوند بسیار کارامد می باشد .
همان طور که در مقاله اول ارائه شد یکی از کاربردهای مهم آنالیز XRD تعیین درصد بلورینگی نمونه می باشد. با توجه به داده های حاصل ازشدت پراش پرتو ایکس بر نمونه های پلیمری که دارای مناطق آمورف و کریستالی هستند می توان درصد بلورینگی ترکیب را به صورت نسبت شدت پراکنش پرتو X حاصل از مناطق کریستالی به شدت پراکنش کل به دست آورد.
شکل 19– الگو ی حاصل از پراش پرتو ایکس با زاویه پهن (WAXD) در آنالیز نمونه پلیمری
همان طور که می دانید پلی اتیلن خود پلیمری با درصد کریستالی بالا است و پیک حاصل از پراش آن تیز می باشد در موقع اضافه شدن پلیمری آمورف مانند پلی ایزوبوتن با توجه به میزان درصد آن پیک حاصله پهن تر و از میزان شدت آن کاسته می شود. درنمونه کوپلیمر HDPE/PP هم مشاهده می شود که در آنالیز نمونه خالص پلی اتیلن پیک های با شدت بالا ثبت شده اما هرچه درصد PP افزایش یابد از شدت پیک حاصل کاسته شده است.
شکل 20– مقایسه پیک XRD حاصل ازنمونه خالص PE با ترکیب کوپلیمری (PE/Polyisobutene)
شکل21 – مقایسه پیک XRD حاصل ازنمونه خالص PE با ترکیب کوپلیمری (HDPE/PP)