Difrakcijske metode karakterizacije
Znanost o materialih
Cilji in kompetence
Osnovni cilj predmeta je podati študentom teoretična in praktična znanja s področji kristalografije in rentgenske difrakcije, potrebna za uspešno samostojno karakterizacijo strukture različnih kristaliničnih materialov.
Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti
/
Vsebina
Predmet obravnava osnove difrakcijskih metod za karakterizacijo materialov s poudarkom na naprednih metodah rentgenske difrakcije.
Predmet vključuje naslednja poglavja:
• Simetrija v kristalih (kristalna mreža, osnovna celica, simetrijski elementi in operacije, točkovne in prostorske skupine, kristalna struktura)
• Uklon rentgenskih žarkov na kristalih (kristalne ravnine, Mullerjevi indeksi, interferenca sipanih valov, Braggov pogoj, recipročna mreža, značilnosti difrakcije na polikristaliničnih materialih)
• Določanje in optimizacija kristalne strukture (strukturni faktor, fazni problem, Fourierova transformacija (FT), optimizacija strukturnega modela. baze podatkov)
• Rentgenska praškovna difrakcija (praškovni difraktometer, praškovni difraktogram, kvalitativna in kvantitativna analiza, Rietveldova analiza)
• Druge difrakcijske metode (nevtronska difrakcija, elektronska difrakcija. sinhrotronska svetloba in difrakcija)
• Strukturne značilnosti kristalov (ionski, kovalentni in kovinski kristali, napake v kristalih, itd.)
Predvideni študijski rezultati
Znanje in razumevanje:
Slušatelji spoznajo principe simetrije v kristalih, difrakcije in difrakcijskih metod, s poudarkom na rentgenski praškovni difrakciji. Naučijo se uporabljati metode rentgenske difrakcije, teoretično o pripravi in izvedbi meritev, in praktično o analizi in interpretaciji rezultatov. Pri praktičnih projektih se naučijo uporabe specializirane programske opreme za difrakcijsko analizo. Na primerih iz raziskovalne prakse pridobijo potrebna znanja in kompetence za samostojno analizo in interpretacijo difraktogramov.
Temeljna literatura in viri
- V. K. Pecharsky in P. Y. Zavalij: Fundamentals of Powder Diffraction and Structural Characterization of Materials, Springer, New York, 2005. E-gradivo
- W. Clegg, Crystal Structure Determination, Oxford University Press, Oxford, 1998.
- C. Hammond, The Basics of Crystallography and Diffraction, Third Edition, Oxford University Press, Oxford, 2009. Katalog E-gradivo
- C. Giacovazzo, H. L. Monaco, G. Artioli, D. Viterbo, M. Milanesio, G. Ferraris, G. Gilli, P. Gilli, G. Zanotti and M. Catti, Fundamentals of Crystallography, Third Edition, Oxford University Press, Oxford, 2011. Katalog E-gradivo
- N. Zabukovec Logar, tutorials in slovene language on the web: http://www.ki.si/index.php?id=1696
- X'Pert HighScore Plus tutorial ‐ PANalytical on the web: http://www.panalytical.com
- TOPAS ACADEMIC tutorial on the web http://www.topas-academic.net/
Načini ocenjevanja
• Pisni izpit
• Predstavitev seminarja iz izbrane teme pred profesorjem in študenti
• Krajši projektni nalogi oddani v pisni obliki (kvalitativna in kvantitativna analiza praškovnega difraktograma neznanega vzorca ter določitev kristalne strukture s podatki iz difraktometra na monokristale)
Reference nosilca
Prof. dr. Nataša Zabukovec Logar:
Redni profesor za področje kemije na Univerzi v Novi Gorici. Full Professor of Chemistry at the University of Nova Gorica.
Nataša Zabukovec Logar je vodja Odseka za anorgansko kemijo in tehnologijo na Kemijskem inštitutu v Ljubljani. Trenutno se pri svojih raziskavah osredotoča na razvoj novih kovinsko-‐organskih in anorganskih poroznih materialov za shranjevanje plinov in toplote ter študiju sorpcijskih mehanizmov kovin na naravne in sintetične zeolite za uporabo pri čiščenju odpadnih vod.
Nataša Zabukovec Logar is a Head of Department for Inorganic Chemistry and Technology at the National Institute of Chemistry in Ljubljana. Her current research focusses are development of new metal-‐organic and inorganic porous materials for gas and heat storage and studies of sorption mechanisms of metals on natural and synthetic zeolites for water treatment.
Izbrane objave/Selected publications:
1. KRAJNC, Andraž, KOS, Tomaž, ZABUKOVEC LOGAR, Nataša, MALI, Gregor. A simple NMR-‐based method for studying the spatial distribution of linkers within mixed-‐linker metal-‐organic frameworks. Angewandte Chemie, ISSN 1433-‐7851. [Print ed.], Sep. 2015, vol. 54, iss. 36, str. 10535-‐10538. doi: 10.1002/anie.201504426. [COBISS.SI-‐ID 5735962]
4. BIRSA ČELIČ, Tadeja, RANGUS, Mojca, LAZAR, Karoly, KAUČIČ, Venčeslav, ZABUKOVEC LOGAR, Nataša. Spectroscopic evidence for the structure directing role of the solvent in the synthesis of two iron carboxylates. Angew. Chem. (Int. ed., Print). [Print ed.], 2012, vol. 51, iss. 50, str. 12490-‐12494, ilustr., doi: 10.1002/anie.201204573. [COBISS.SI-‐ID 36300805]
6. MAZAJ, Matjaž, BIRSA ČELIČ, Tadeja, MALI, Gregor, RANGUS, Mojca, KAUČIČ, Venčeslav, ZABUKOVEC LOGAR, Nataša. Control of the crystallization process and structure dimensionality of Mg-‐benzene-‐1,3,5-‐ tricarboxylates by tuning solvent composition. Cryst. growth des., 2013, vol. 13, iss. 8, str. 3825-‐3834. doi: 10.1021/cg400929z. [COBISS.SI-‐ID 5290522]
7. MAZAJ, Matjaž, MALI, Gregor, RANGUS, Mojca, ŽUNKOVIČ, Emanuela, KAUČIČ, Venčeslav, ZABUKOVEC LOGAR, Nataša. Spectroscopic studies of structural dynamics induced by heating and hydration : a case of calcium-‐terephthalate metal-‐organic framework. The journal of physical chemistry. C, 2013, vol. 117, issue 15, str. 7552-‐7564, doi: 10.1021/jp311529e. [COBISS.SI-‐ID 36628485]
8. RISTIĆ, Alenka, ZABUKOVEC LOGAR, Nataša, HENNINGER, Stefan K., KAUČIČ, Venčeslav. The performance of small-‐pore microporous aluminophosphates in low-‐temperature solar energy storage : the structure-‐property relationship. Adv. funct. mater. 2012, vol. 22, iss. 9, str. 1952-‐1957. [COBISS.SI-‐ID 4910618]