СОФИЙСКИ УНИВЕРСИТЕТ “СВ. КЛИМЕНТ ОХРИДСКИ”

                        ФИЗИЧЕСКИ ФАКУЛТЕТ

Утвърдена с протокол на ФС  N: …../

                                    Декан:

                                    /доц. д-р Д. Мърваков/

                                   

УЧЕБНА ПРОГРАМА

ПО ДИСЦИПЛИНАТА: РЕНТГЕНОСТРУКТУРНИ МЕТОДИ ЗА ИЗСЛЕДВАНЕ НА ПОДРЕДЕНИ И НЕПОДРЕДЕНИ СИСТЕМИ

ВКЛЮЧЕНА В УЧЕБНИЯ ПЛАН НА СПЕЦИАЛНОСТ: Ф, ИФ, ЯТЕ

ВИД НА КУРСА: Изборен

СТЕПЕН НА ОБУЧЕНИЕ: Бакалавър

КАТЕДРА: ФИЗИКА НА ТВЪРДОТО ТЯЛО И МИКРОЕЛЕКТРОНИКА, ОБЩА ФИЗИКА

ИЗВАДКИ ОТ УЧЕБНИЯ ПЛАН

Вид на занятията:

Семестър:

Хорариум-часа/
седмично:

Хорариум-часа
Общо:

Лекции

V, VII

3

45

Семинарни упражнения

 

 

 

Практически упражнения

V, VII

2

30

Общо часа:

 

 

75

Форма на контрол:

Изпит

 

 

 

 

 

 

А. АНОТАЦИЯ.

Основна цел на курса е да даде необходимата начална теоретична и практическа подготовка на студентите за работа в научни и научно-производстевени лаборатории за структурни изследвания. Рентгеноструктурният анализ е един класически метод за изследване на структурата на материалите, който непрекъснато се развива и обогатява с нови методи и средства. Същевременно спектърът на използваните материали и многообразието на техните структури лавинообразно нараства, което води до увеличаване на търсенето на добре подготвени специалисти в тази област. Микро- и субструктурата на материалите е определяща за експлоатационните им свойствата и поведението им при различни условия и външни въздействия. По тази причина рентгеноструктурният анализ намира основно приложение във всички най-модерни области от физиката на материалите.

По-голямата част от курсовете, посветени на експерименталните методи във физиката включват групи от методи и целят да дадат понятие на студентите за възможностите и приложението им. В предлагания курс се търси оптимална цялостност и пълнота, които да подготвят студентите за евентуален успешен старт в лаборатории по структурен анализ. Той  се състои от три логично свързани помежду си части:

·        Приложна кристалография, в която се дават основните сведения за структурата на материалите, отнасящи се до подредените и неподредени системи. Особено внимание се отделя на онези въпроси от кристалографията, пряко свързани с теорията и практиката на рентгеноструктурния анализ.

·        Рентгенография на кристални материали – разглежда се физиката на рентгеновите лъчи, синхротронното лъчение, както и основни сведения за апаратурата и техническите средства за осъществяване на съвременния рентгеноструктурен анализ, кинематичната и динамична теории за разсейване на рентгенови лъчи, уравненията за дифракция на рентгенови лъчи, широк набор от традиционни и нетрадиционни методи за анализ на различни структурни параметри, включително и такива, разработени от авторите.

·        Рентгенография на неподредени и нископодредени системи (мека материя). Към такива системи спадат високомолекулни съединения, в това число и биополимери, неорганични и органични стъкла, композити, течни кристали, фармацефтични органични съединения, колоидни разтвори, гелове, суспенсии, емулсии и др. Разглеждат се основните принципи на малкоъгловото рентгеново разсейване и теоретични модели за интерпретация на експерименталните данни.  Специално внимание се отделя на приложението на синхротронното рентгеново лъчение за изследване на бързо протичащи промени в структурата и тяхната кинетика, в това число различни фазови преходи.

В рамките на курса се обръща внимание на връзката между рентгенографските и други методи, които допълват и обогатяват информацията, получена от рентгеноструктурния анализ.

Практикумът към курса, изцяло базиран на лекционния материал, ще спомогне за затвърдяване и осмисляне на получените в лекциите знания и за създаване на умения за експериментална работа и решаване на конкретни задачи. За неговата реализация факултетът разполага с уникална апаратура и модерни методики за изследване, някои от които разрабоени от авторите.

С участието на един от предлагащите курса е написан учебник на български език по приложен ренгеноструктурен анализ.

Авторите на курса са доказани в международен мащаб специалисти по кристалография, рентгеноструктурен анализ и съотнасящите се към него методи.. Със спечелен конкурс са специализирали в тази област във водещи Европейски университети и институти. Автори са на голям брой публикации в областта на предлагания курс, ръководили са и ръководят редица докторанти и дипломанти по същата тематика и предлагат теми за защита на бакалавърски и магистърски тези.

            В рамките на Физическия факултет курсът се базира на общите курсове по физика и на курса по Физично материалознание.

Б. СЪДЪРЖАНИЕ НА УЧЕБНАТА ПРОГРАМА:

 

№

Тема,  вид  на занятието: ЛЕКЦИИ

Брой часове

 

 

 

 

 Часове

1.

Увод в рентгеноструктурния анализ: макро- и микросиметрия; основни понятия и закони от кристалографията и кристалохимията, лежащи в основата или получени от  РСА; сведения за микро- и субструктурата на материалите; основни достижения в областта на РСА; сведения за най-съвременните тенденции в областта.

4

2.

Рентгенови лъчи,   рентгенова техника: основи на физиката на рентгеновите лъчи и параметрите им, имащи отношение към РСА; взаимодействие на рентгеновите лъчи с веществата – разсейване, пречупване, поглъщане, йонизиращо и биологично действие; получаване на рентгенови лъчи за целите на РСА; начини за регистриране на рентгенови спектри; фокусиране, филтриране и монохроматизация на лъчението; основни параметри на апаратурата за РСА-съвременни достижения.

3

3.

 Дифракция на рентгенови лъчи: основни дифракционни уравнения и приложението им за изследване на подредени системи; кинематична и динамична теория за разсейване на рентгенови лъчи; дифракция и обратна решетка - построение и формализъм на Евалд.

 

 

.

4

4.

 Методи за изследване фазовия състав на кристални материали: метод на Дебай-Шеррер; рентгенова дифрактометрия – основни сведения, фокусировки, геометрии; качествен и количествен фазов анализ – същност, методики, възможности, особености; Милерови и дифракционни индекси; квадратични форми.

3

. 5.

Методи за изследване на монокристали: метод на Лауе, метод на въртящия и колебаещия се кристал; кристални проекции; мрежа на Вулф и Болдырев – приложение за обработка на лауеграми и епиграми; апаратура, експериментални методики за определяне на: класа на симетрия, ориентацията на монокристала, параметрите на елементарната клетка.

3

6.

 Профилен анализ на рентгеновите дифракционни пикове: понятие за физично разширение на пиковете; ширина по Лауе и Шерер; методи за оценка на разширението и връзката му с параметрите на микро- и субструктурата на моно- и поликристални материали.

2

6.

 Анализ на преимуществени кристалографски ориентации (текстури) – проекционна сфера и стандартни гномостереографски проекции; осева (неограничена текстура) – същност и методики за изследването й; полюсна плътност и функция на разпределение по ориентации – синтезирането им от рентгеновия експеримент; типични примери за осева текстура и анизотропия на свойствата. 

 

3

7.

Изследване на кристални материали при малки ъгли на падане – под и над критичния ъгъл; особености при дифрактометричната регистрация, взаимодействието на лъчението с веществата и интерпретациата на спектрите. Прилойение за изследване структурата на тънки слоеве.

 

2

8.

Анализ на остатъчни напрежения в кристални материали: същност и класификация на остатъчните напрежения; тензор на деформации и тензор на напреженията – основа на рнтгеноструктурния метод за оценка на остатъчни напрежения; анизотропия и оценка на еластичните параметри в различни кристалографски направления – завиимост от симетрията; основни модели и методи за оценка на остатъчни напрежения – същност, математичен апарат, сравнителна оценка, възможности и ограничения.

3

9.

Дифракция на рентгенови лъчи от неподредени системи:

Рентгеноструктурният анализ и приложението му за изследване на меката материя. Дифузно разсейване; определяне на близкия порядък; функция на разпределение на електронната плътност; определяне степента на кристалност на частично подредени материали.

3

10.

Основни принципи на малкоъгловото рентгеново разсейване и приложения

Преглед на основните структурни параметри, които могат да бъдат определени от малкоъгловото рентгеново разсейване:

корелационна функция; инвариант на Porod; теория на малкоъгловото рентгеново разсейване от единична частица; приближение на Gunier; дифракция от анизотропни частици; дифракция от пръчки и дискове.

 

4

11.

Апаратура за малкоъглово рентгеново разсейване

 Щрихова колимация - камера на Кратки. Необходими корекции върху малкоъгловия спектър; камери с точкова колимация; видове детектори; позиционно чувствителни детектори; използване на синхротронната радиация за малкоъглов рентгенов анализ; малкоъглови камери за синхротронна радиация.

2

12

Математическа обработка и интерпретация на малкоъгловите рентгенови спектри.

Влияние на колимационните системи; влияние на детекторите; ефект от дължината на вълната; комбинирана формула.

Модел за малкоъглово разсейване от хомогенни частици с различна форма и от агрегати и субструктурни единици.

 

3

13

Приложение на малкоъгловото разсейване за изследване структурата на различни материали:

Структурата на синтетични полимери с малкоъглово рентгеново разсейване; квазипериодични частично-кристални полимери; голям период; едномерна корелационна функция: пресмятане, определяне на основни структурни параметри от корелационната функция; малкоъглово рентгеново разсейване на биологични обекти –биополимери (белтъци и липиди); понятие за фрактални структури; определяне на фрактални размерности; течни кристали; структура на материали за нанотехнологии

6

Б. СЪДЪРЖАНИЕ НА УЧЕБНАТА ПРОГРАМА:

 

№

Тема,  вид  на занятието: УПРАЖНЕНИЯ

Брой часове

 

 

 

 

 Часове

1.

Решаване на кристалографски задачи, свързани с РСА

5

2..

Международна база данни JCPDF – възможности и работа с нея Качествен и количествен фазов анализ. Определяне рентгеновата плътност на фазите

5

3.

Регистрация в симетрична и асиметрична геометрия на рентгеновия дифракционен спектър. Построяване на функцията на разпределение по ориентации

5

4.

Оценка на остаъчни напрежения чрез sin2y метод 

5

5.

Регистриране и анализ на широкоъглова рентгенограма на частично-кристален полимер.

5

6.

Анализ на малкоъглови рентгенови спектри, получени от синхротронно рентгеново лъчение.

5

В. Формата на контрол е: (изпит или текуща оценка) Писмен изпит и събеседване. Оценката се формира на базата на показаните знания по време на изпита (80%) и работата по време на упражненията (20%).

 

 

Г. Основна литература:

1.      Записки   на лекторите

2.      А. Апостолов, Ив. Йорданова, В. Кръстев, Наръчник по приложна рентгенография, София, Наука и изкуство, 1988

3.      H. P. Klug, L. E. Alexander, X-Ray Diffraction Procedures, John Wiley& Sons, 1974.

4.      L. E. Alexander, X-Ray Diffraction Methods in Polymer Science, John Wiley& Sons, 1969.

5.      G. R. Stroble, The Physics of Polymers – Concepts for Understanding Their Structure and Behavior, Springer-Verlag 1996.

Съставили програмата:

Доц. д-р Иванка Йорданова:                                                Доц. д-р Маня Кръстева

…………………………                                                        ………………………

Дата: март, 2004                                            .