Введение
Актуальность темы. Сейчас физические методы исследования время применяются и при изучении металлических и неметаллических материалов, таких, как полупроводники, ионные кристаллы, полимеры, стекла. За несколько десятилетий существования металлофизики как науки, удалось создать теорию и выяснить физические механизмы процессов, происходящих в металлах и сплавах при изменении состава, температуры, давления при пластической деформации и разрушении. Полученные научные и технологические результаты грандиозны по сравнению с тем, что было достигнуто за много веков путем накопления знаний эмпирическим путем.
Поиск новых материалов для различных областей электроники, оптики, медицины всегда являлся одним из приоритетных направлений развития современной науки. В настоящее время активные фундаментальные исследования связаны с внедрением новых или модернизированных методов исследования, среди которых ренгеноструктурный анализ занимает приоритетное место, так как позволяет изучить не только внутреннее строение металлов, но и фазовые изменения в металлах и неметаллах.
Рентгеновская дифрактометрия является важным неразрушающим методом анализа веществ в твердом, порошковом или кристаллическом виде: металлы, минералы, полимеры, катализаторы, синтетические материалы, фармацевтические продукты, тонкие пленки и слои, керамика, а также полупроводники. Изучение свойств материалов и контроль качества в науке и на производстве невозможен без рентгеновской дифрактометрии.
Цель работы: рассмотреть организационно-технические мероприятия при создании лаборатории рентгеноструктурного анализа. Цель работы связана с актуальностью проблемы, т.к. в условиях кризиса правительство уделяет повышенное внимание нанотехнологиям, а развитие нанотехнологий невозможно без рентгеновского анализа.
Глава 1. Особенности охраны труда в лабораториях.
Кроме обычных опасностей при работе с лабораторным оборудованием, в лаборатории рентгеноструктурного анализа сотрудники могут испытывать воздействие рентгеновского излучения.
Рентгеновское излучение по своим физическим свойствам аналогично гамма-излучению, но природа его совсем другая. Оно образуется в рентгеновской трубке в результате торможения электронов на вольфрамовой мишени. Энергия рентгеновского излучения не может быть больше величины напряжения поданного на трубку. Это электромагнитное излучение с длиной волны 10-5-10-2 нм. Излучается при торможении быстрых электронов в веществе (непрерывный спектр) и при переходах электронов из внешних электронных оболочек атома на внутренние (линейчатый спектр). Источники – рентгеновская трубка, некоторые радиоактивные изотопы (например бета-изучатели), ускорители и накопители электронов (синхротронное излучение).
Мерой воздействия ионизирующего излучения является экспозиционная доза и измеряется она в Рентгенах (Р) и его производных (млР, мкР), а количественную сторону его характеризует мощность экспозиционной дозы, которая измеряется в Рентгенах/сек (Р/сек.) и его производных (млР/час, мкР/час, мкР/сек).
Глава 2. Организационная структура лаборатории рентгеноструктурного анализа.
2.1. Задачи и функции лаборатории
Основными задачами лаборатории ренгеноструктурного анализа являются исследования атомной структуры монокристаллов и наноматериалов в широком интервале температур и давлений.
Ренгеноструктурная лаборатория осуществляет следующие функции:
Определяет ориентировку крупных кристаллов на рентгеновском дифрактометре.
Изучает интегральные структурные параметры наночастиц и кластеров в моно- полидисперсных системах, толщину и период повторяемости в тонких пленках.
Определяет ориентацию образца, параметры элементарной ячейки и симметрию монокристаллов в области температур 10-800К. Методика выполнения измерений производится с помощью четырехкружных рентгеновских дифрактометров Enraf-Nonius и Huber.
Производит фазовый анализ поликристаллов.
Измеряет параметры структуры монокристаллов и сложных многослойных нанокомпозиций.
Определяет гомогенность кристаллических объектов.
Измеряет параметры шероховатости сверхгладких поверхностей, изучает нарушенные слои и нанесенные покрытия.
Изучает ориентацию образца, параметры элементарной ячейки и симметрию монокристаллов в области температур 90-490К.
Измеряет размеры наночастиц в полидисперсных системах и формы биомакромолекул в растворах.
2.7. Исследования структурной диагностики материалов, разработка новых методов для диагностики наноматериалов различной кристаллической структуры (включая композитные наноматериалы).
Появившись совсем недавно, нанотехнологии все активней входят в область научных исследований, а из нее – в нашу повседневную жизнь. Разработки ученых все чаще имеют дела с объектами микромира, атомами, молекулами, молекулярными цепочками. Создаваемые искусственно нанообъекты постоянно удивляют исследователей своими свойствами и общеют самые неожиданные перспективы своего применения.
Основной единицей измерения в нанотехнологических исследованиях является нанометр – миллиардная доля метра. В таких единицах измеряются молекулы и вирусы, а теперь и элементы компьютерных чипов нового поколения. Именно в наномасштабе протекают все базовые физические процессы, определяющие макровзаимодействия.
Одним из основных видов нанообъектов являются наночастицы. При разделении вещества на частицы размером в десятки нанометров общая суммарная поверхность частиц в веществе увеличивается в сотни раз, а вследствие этого усиливается взаимодействие атомов материала с внешней средой, ведь теперь они почти все на поверхности. Это явление используется в современной технике. Например, в медицине применяется нанопорошок серебра, которое обладает антисептическими свойствами. Наночастицы диоксида титана отталкивают грязь и позволяют создать самоочищающиеся поверхности. Нанопророшок алюминия ускоряет сгорание твердого ракетного топлива. Новые литиево-ионные аккумуляторы, содержащие наночастицы заряжаются буквально за пару минут. Подобных примеров много уже сейчас. Еще одним элементом, открытым в восьмидесятых годах стали фуллерены. Эти конструкции напоминают мячи, состоящие из атомов углерода.
Другим хорошо известным наноэлементом является углеродная нанотрубка. Это одноатомный слой углерода, свернутый в цилиндр диаметром в несколько нанометров. Впервые эти объекты был получены в 1952 году, но лишь в 1991 году они привлекли внимание ученых. Прочность этих трубок превышает прочность стали в десятки раз, они выдерживают нагрев до 2500 градусов и давление в тысячи атмосфер. Эта прочность свойственна и изготовленным на их основе материалам. В электронике нанотрубки могут применяться как хорошие проводники , а также и полупроводники. Это станет прорывом в электронике, позволив микросхемам уменьшаться согласно закономерности Мура.