NL1009012C2

NL1009012C2 - Werkwijze voor het bepalen van celparameters van een kristalstructuur onder toepassing van diffractie.

Info

Publication number: NL1009012C2
Application number: NL1009012A
Authority: NL
Inventors: Robertus Wilhelmus Woute Hooft; Albert Jozef Maria Duisenberg; Antonius Matthias Mar Schreurs
Original assignee: Stichting Tech Wetenschapp
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-10-29
Also published as: US6411676B1; EP1075653B1; DE69900725D1; EP1075653A1; DE69900725T2; AU3173999A; JP2002513152A; WO1999056115A1

Description

Werkwijze voor het bepalen van celparameters van een kristalstructuur onder toepassing van diffractie

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van celparameters van een kristalstructuur, in het bijzonder de dimensies en oriëntatie van een eenheidscel, onder toepassing van diffractie, omvattende de volgende stap-5 pen: a. het met röntgen- of neutronenstralen aanstralen van een over een voorafbepaalde hoek roterend kristal; b. het detecteren van de door het kristal gereflecteerde straling op een tweedimensionaal detectie-oppervlak; c. het bepalen van de plaats op het detectie-oppervlak waar de gereflecteerde 10 straling terechtkomt.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit de praktijk. In de bekende werkwijze wordt op een positiegevoelige detector, bijvoorbeeld een fotogevoelige plaat, gedetecteerd waar de reflecties van de straling die op het kristal is gericht, 15 terechtkomen teneinde uit deze posities door een verdere bewerking de celparameters van de kristalstructuur te bepalen die de desbetreffende reflectieposities op het detectie-oppervlak kan verklaren. In de bekende stand van de techniek wordt het kristal herhaaldelijk over een hoek van bijvoor-20 beeld 1 of 2° geroteerd. De celparameters van de kristalstructuur die volgens deze bekende stand van de techniek bepaald wordt, is daardoor behept met relatief grote onnauwkeurigheid. Weliswaar is de positie van de reflecties in de twee richtingen van het detectoroppervlak zeer goed bepaald; de 25 stand van het kristal heeft echter een onzekerheid die oploopt tot vele tienden van graden. De eenheidscellen waaruit de kristalstructuur is samengesteld, vertonen dan afwijkingen van enkele honderdsten tot een tiende graad of zelfs meer voor wat betreft de hoeken die in de eenheidscellen kunnen 30 worden onderscheiden. Deze nauwkeurigheid kan worden verbeterd door de rotatie van het kristal tijdens een meting te beperken tot ca. 0,1 of 0,2°, echter het aantal benodigde metingen neemt dan dienovereenkomstig toe.

Met de uitvinding wordt nu beoogd een werkwijze voor 35 het bepalen van de celparameters van een kristalstructuur te 1009012 λ 2 verschaffen, die zich snel laat uitvoeren en weinig meettijd vergt.

Daartoe wordt de werkwijze voor het bepalen van de celparameters van een kristalstructuur onder toepassing van 5 diffractie volgens de uitvinding erdoor gekenmerkt, dat de stappen a, b en c herhaald worden uitgevoerd waarbij in stap a het kristal telkens over dezelfde hoek roteert, dat de relatieve beweging van het kristal ten opzichte van het detec-tie-oppervlak bij de eerste uitvoering van de stappen a, b en 10 c door slechts de rotatie van het kristal wordt bepaald, dat de relatieve beweging van het kristal ten opzichte van het detectie-oppervlak bij een herhaalde uitvoering van de stappen a, b en c door een aan de eerste uitvoering van de stap-pen a, b en c gelijke rotatie van het kristal wordt bepaald 15 en door een verdere daaraan gekoppelde relatieve beweging van het kristal ten opzichte van het detectie-oppervlak, en dat uit de combinatie van de plaatsbepalingen in de herhaald uitgevoerde stappen c de hoekpositie van het kristal ten opzichte van een referentiewaarde wordt bepaald, waarbij reflectie 20 van de straling optreedt.

De uitvindingsgedachte is gebaseerd op het inzicht - dat tijdens de herhaalde uitvoering van de meting, de plaats van de reflecties op het detectie-oppervlak ten opzichte van de eerdere meting slechts beïnvloed kan zijn door de toege-25 voegde relatieve beweging van het kristal ten opzichte van het detectie-oppervlak. Doordat de relatieve beweging van het kristal ten opzichte van het detectie-oppervlak die toegevoegd is aan de eveneens bekende rotatie van het kristal bekend is, kan hieruit met op zichzelf bekende technieken de 1 30 stand van het kristal waarbij de reflecties zijn opgetreden, bepaald worden. Deze stand van het kristal biedt te zamen met | de positie van de reflecties op het detectie-oppervlak vol doende informatie om nauwkeuriger dan in de stand van de techniek de celparameters die de kristalstructuur bepalen, af 35 te leiden. De verdere bepaling van de kristalstructuur kan verder buiten toelichting blijven, aangezien deze voor de vakman volledig bekend is.

Diverse uitvoeringsvormen van de werkwijze volgens de uitvinding zijn denkbaar. Een eerste uitvoeringsvorm van * 1009012 3 de werkwijze volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt, dat in de eerste uitvoering van de stappen a, b en c het kristal over een eerste voorafbepaalde hoek roteert, en dat in de herhaalde uitvoering van de stappen a, b en c het kristal 5 over de eerste voorafbepaalde hoek roteert en het detectie-oppervlak wordt verplaatst.

Daarbij is wenselijk dat in de herhaalde uitvoering van de stappen a, b en c het kristal over de eerste vooraf-bepaalde hoek roteert en het detectie-oppervlak over een 10 tweede voorafbepaalde hoek wordt geroteerd. Deze uitvoering laat zich geschikt toepassen in bestaande diffractie-appara-tuur, zoals deze bijvoorbeeld op de markt worden gebracht door Nonius B.V. te Delft.

Een tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens 15 de uitvinding is erdoor gekenmerkt, dat in de eerste uitvoering van de stappen a, b en c het kristal over de eerste voorafbepaalde hoek roteert, en dat in de herhaalde uitvoering van de stappen a, b en c het kristal over de eerste voorafbepaalde hoek roteert en voorts een op deze rotatie 20 gesuperponeerde beweging ondergaat.

Daarin is het wenselijk dat de gesuperponeerde beweging van het kristal een rotatie in een vlak is dat het rota-tievlak, waarin de eerste voorafbepaalde hoek ligt, snijdt. Ook deze werkwijze laat zich goed uitvoeren met de op markt 25 beschikbare bestaande diffractie-apparatuur zoals afkomstig van Nonius B.V. te Delft.

De werkwijze volgens de uitvinding wijkt verder in zoverre van de stand van de techniek af, dat de eerste voorafbepaalde hoek van rotatie van het kristal tijdens de meting 30 ca. 20° of meer bedraagt. Door de metingen met deze relatief grote hoekverdraaiing uit te voeren, kan in slechts twee opvolgende metingen alle nodige informatie voor het bepalen van de celparameters van de kristalstructuur worden verkregen, zelfs van zeer kleine eenheidscellen. Door een geschikte keu-35 ze van de additionele relatieve beweging van het detectie- oppervlak ten opzichte van het kristal kan bovendien voldoende nauwkeurigheid aan de werkwijze volgens de uitvinding gegeven worden. Wanneer voor het verkrijgen van deze additionele relatieve beweging het detectie-oppervlak bijvoorbeeld 1009012 4 wordt geroteerd, kan de tweede voorafbepaalde hoek op ca. 10° zijn ingesteld. Een dergelijke hoekverplaatsing is ook bruikbaar wanneer de additionele beweging wordt uitgevoerd door het kristal.

5 De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, welke in fig. 1 schematisch de werkwijze voor het bepalen van een kristalstructuur volgens de stand van de techniek toont; en 10 in fig. 2 de werkwijze voor het bepalen van een kri stalstructuur volgens de uitvinding in een voorkeursuitvoeringsvorm toont.

In de figuren gebruikte gelijke verwijzingscijfers verwijzen naar dezelfde onderdelen.

15 In de fig. 1 en 2 is met verwijzingscijfer 1 het kristal aangeduid waarvan de structuur en derhalve de celpa-rameters dienen te worden bepaald. Het kristal 1 wordt met een bundel, bijvoorbeeld een röntgenstraal 2, aangestraald, terwijl het kristal 1 tegelijkertijd over een voorafbepaalde i 20 hoek roteert. Dit is in de fig. 1 en 2 aangeduid met het el lipsvormige rotatiesymbool met verwijzingsteken φ. De röntgenstraling 2 wordt tijdens de rotatie over een hoek φ door het kristal 1 gereflecteerd, waarbij reflectiebeelden 3, 4 en 5 op het detectie-oppervlak 6 ontstaan. In plaats van 25 röntgenstraling kan ook een andere geschikte straling worden toegepast, zoals neutronenstraling. Het detectie-oppervlak 6 is bijvoorbeeld gevormd door een CCD-camera die deel uitmaakt 1 van een inrichting voor het meten van róntgendiffractie. Uit de positie die de beeldpunten 3, 4 en 5 en verdere op het 30 detectie-oppervlak 6 innemen, worden uiteindelijk de celpara-meters van het kristal 1 bepaald.

Volgens de uitvinding wordt na het uitvoeren van de werkwijze zoals deze hierboven is toegelicht aan de hand van fig. 1 en waarbij de beeldpunten 3, 4 en 5 zijn ontstaan, een 35 herhaalde meting uitgevoerd, waarbij nogmaals het kristal 1 met röntgenstralen 2 wordt aangestraald, en de gereflecteerde i röntgenstralen op het detectie-oppervlak 6 worden gedetec- teerd ter bepaling van de dan daarbij optredende beeldposi-f ties op het detectie-oppervlak 6. Tijdens deze herhaald uit- ! 1009012 τ3ϋ 5 gevoerde meting wordt het kristal 1 over een zelfde hoek φ geroteerd, maar is aan deze beweging die het kristal l ten opzichte van het detectie-oppervlak 6 uitvoert, nog een verdere relatieve beweging van het kristal 1 ten opzichte van 5 het detectie-oppervlak 6 toegevoegd, welke in dit voorkeurs-uitvoeringsvoorbeeld wordt gevormd door een tweede rotatie van het kristal 1 over een hoek χ (zie fig. 2) in een vlak dat het rotatievlak van het kristal waarin de eerste voorafbepaalde hoek φ ligt, snijdt. Uit de combinatie van de 10 plaatsbepalingen van de beeldpunten 3, 4 en 5 uit de eerste meting met de in de herhaalde meting gevormde beeldpunten 3', 4' en 5' kan dan nauwkeurig de stand of standen van het kristal 1 worden bepaald, waarbij de reflecties van de röntgenstraling 2 zijn opgetreden. Deze standen van het kristal te 15 zamen met de eerdergenoemde positie van de beeldpunten is voldoende voor de nauwkeurige bepaling van de celdimensies en de oriëntatie van het kristal.

De voorgaande beschrijving van een uitvoeringsvoor-beeld dient slechts ter toelichting van de navolgende conclu-20 sies, zonder deze in enig opzicht te beperken in bescher-mingsomvang.

1009012

Claims

1. Werkwijze voor het bepalen van celparameters van een kristalstructuur onder toepassing van diffractie, omvattende de volgende stappen: a. het met röntgen- of neutronenstralen aanstralen 5 van een over een voorafbepaalde hoek roterend kristal; b. het detecteren van de door het kristal gereflecteerde straling op een tweedimensionaal detectie-oppervlak; c. het bepalen van de plaats op het detectie-oppervlak waar de gereflecteerde straling terechtkomt, 10 met het kenmerk, dat de stappen a, b en c herhaald worden uitgevoerd waarbij in stap a het kristal telkens over dezelfde hoek roteert, dat de relatieve beweging van het kristal ten opzichte van het detectie-oppervlak bij de eerste uitvoering 15 van de stappen a, b en c door slechts de rotatie van het kristal wordt bepaald, - dat de relatieve beweging van het kristal ten op zichte van het detectie-oppervlak bij een herhaalde uitvoering van de stappen a, b en c door een aan de eerste uitvoe-20 ring van de stappen a, b en c gelijke rotatie van het kristal wordt bepaald en door een verdere daaraan gekoppelde relatieve beweging van het kristal ten opzichte van het detectie-oppervlak, en dat uit de combinatie van de plaatsbepalingen in 25 de herhaald uitgevoerde stappen c de hoekpositie van het kristal ten opzichte van een referentiewaarde wordt bepaald, waarbij reflectie van de straling optreedt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in de eerste uitvoering van de stappen a, b en c het 30 kristal over een eerste voorafbepaalde hoek roteert, en dat in de herhaalde uitvoering van de stappen a, b en c het kristal over de eerste voorafbepaalde hoek roteert en het detectie-oppervlak wordt verplaatst.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, i i. 35 dat in de herhaalde uitvoering van de stappen a, b en c het kristal over de eerste voorafbepaalde hoek roteert en het π " 1009012 τ detectie-oppervlak over een tweede voorafbepaalde hoek wordt geroteerd.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in de eerste uitvoering van de stappen a, b en c het 5 kristal over een eerste voorafbepaalde hoek roteert, en dat in de herhaalde uitvoering van de stappen a, b en c het kristal over de eerste voorafbepaalde hoek roteert en voorts een op deze rotatie gesuperponeerde beweging ondergaat.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, 10 dat de gesuperponeerde eenparige beweging van het kristal een rotatie in een vlak is dat het rotatievlak waarin de eerste voorafbepaalde hoek ligt, snijdt.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de eerste voorafbepaalde hoek van rotatie van 15 het kristal ten minste ca. 20° bedraagt.

7. Werkwijze volgens conclusie 3 of 6, met het kenmerk, dat de tweede voorafbepaalde hoek van rotatie van het detectie-oppervlak of het kristal ca. 10° bedraagt. 1009012