ГОСТ Р 8.934-2017. Национальный стандарт Российской Федерации. Государственная система обеспечения единства измерений. Национальный стандарт. Стандартные справочные данные. Титанаты стронция и бария. Параметры кристаллической решетки в диапазоне концентраций от 0% ат. до 50% ат. Ва

4.2 Экспериментальная аппаратура

Определение параметров решетки проводили с использованием устройств дифрактометров, позволяющих фиксировать и анализировать дифракционную картину монокристаллов и поликристаллов. Основная шкала большого гониометра на дифрактометре для монокристаллов обеспечивала диапазон возможных поворотов детектора до 120°. Повороты образца осуществляли с использованием других гониометрических головок, установленных на этом гониометре таким образом, чтобы при эксперименте заполнить всю сферу измеряемого "обратного" пространства (заполнить анализируемыми атомными плоскостями максимально возможный объем элементарной ячейки). Конструкция дифрактометра позволяла получать для перовскитов от 1000 до 18 000 брэгговских отражений (для различных фаз) при комнатной температуре, которые использовали для расчета параметров кристаллической решетки (размеров элементарной ячейки).

Дифрактометрические системы для определения углового распределения интенсивности, максимумов и интегральных интенсивностей брэгговских отражений и последующего расчета параметров кристаллической решетки состоят из нескольких основных и дополнительных устройств, которые используют разные единицы измерений. Среди основных устройств - источник излучения, гониометрическое устройство, детектор отраженного излучения, компьютеры с комплексами программ для управления системой и для расчета структурных характеристик вещества.

Источником излучения в лабораторных дифрактометрах является рентгеновская трубка, в которой катод представляет собой вольфрамовую спираль, разогреваемую электрическим током. В качестве анода на монокристальном дифрактометре использован анод из молибдена (длина волны - 0,07093 нм), на порошковом дифрактометре - анод из меди (длина волны - 0,154056 нм). Интенсивность излучения зависит от напряжения и тока, которые варьируются в зависимости от типа и задачи рентгенографирования (стартовой измерительной модели).

Для прецизионных рентгеновских измерений размеров элементарной ячейки фиксируют большое число высокоугловых брэгговских рефлексов (они соответствуют более высоким порядкам отражений от семейства кристаллографических плоскостей), для которых погрешности (неопределенности) минимальны. Интенсивность таких брэгговских отражений на порядки слабее, чем для отражений с малыми индексами Миллера, поэтому используют максимально возможные значения тока и напряжений или более длительное время измерений (в каждой точке "обратного" импульсного пространства, в координатах которого происходит процесс измерения). Общее время для каждого эксперимента при комнатной температуре для монокристаллов перовскитов составляет от 60 до 150 ч непрерывно. Для поликристаллических образцов при анализе дифракционной картины порошков и поликристаллических пластин используют данные, полученные на дифрактометрической системе типа "ДРОН" (НПО "Буревестник", Санкт-Петербург).

 

 

Рисунок 1 - Блок-схема установки - дифрактометрической

системы с использованием коротковолнового излучения

 

Оптическая система в дифрактометрической системе для анализа монокристаллов включает графитовые монохроматоры и коллиматоры с внутренним отражением, что увеличивает параллельность пучка. Двумерный детектор работает за счет использования характеристик рентгеночувствительного экрана для измерения дифракционной картины монокристаллов (в современных конструкциях дифрактометров), основанного на CCD-технологиях. Вся система регистрации сигналов обладает относительно низким уровнем шумов и позволяет проводить исследования образцов малого объема.

Дифрактометрическая система с молибденовым анодом позволяет проводить анализ атомно-кристаллической структуры материалов с разрешением до 0,045 нм. При этом допустимые размеры областей когерентного рассеяния (блоков мозаики) в анализируемом веществе составляют значения от 2 параметров кристаллической решетки, чувствительность - от 10¹⁶ электронов в образце.

Для проведения измерений, обработки данных экспериментов и последующего определения структурных характеристик, удовлетворяющих стабильным параметрам кристаллической решетки, использовали аттестованную методику измерений [N 702/06-09 (ФР.1.31.2009.06707)] с существенными дополнениями к ней, проведенными в ФГУП "ВНИИМС". Для повышения достоверности измеряемых величин предварительно на тех же установках измеряли эталонные средства измерений - стандартные образцы дифракционных свойств монокристаллов и поликристаллов, например государственные стандартные образцы: ГСО ПРФ-4 (ПРФ-3), кремний; ГСО ПРФ-9 (ПР-1), силицид ванадия; ГСО ПРИ-7а, оксид алюминия; ГСО ПРФ-23, купрат иттрия-бария; ГСО ПРФ-12, гексаборид лантана. Результаты измерений и определения структурных характеристик сравнивали с аттестованными значениями характеристик этих ГСО.