Морфологія частинок наноструктурованих матеріалів
The aim of this study was to develop a technique to analyze the crystalline and particulate morphology of highly disperse complex metal and metalloid oxides, which include both crystalline and amorphous phases, using X-ray diffraction (XRD) data to compute crystallite size distributions (CSD) compar...
Gespeichert in:
| Datum: | 2020 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/554 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543922057117696 |
|---|---|
| author | Gun'ko, V. M. Oranska, O. I. Paientko, V. V. Sulym, I. Ya. |
| author_facet | Gun'ko, V. M. Oranska, O. I. Paientko, V. V. Sulym, I. Ya. |
| author_sort | Gun'ko, V. M. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:02:21Z |
| description | The aim of this study was to develop a technique to analyze the crystalline and particulate morphology of highly disperse complex metal and metalloid oxides, which include both crystalline and amorphous phases, using X-ray diffraction (XRD) data to compute crystallite size distributions (CSD) compared to the particles size distribution functions estimated from high-resolution transmission electron microscopy (TEM) images treated with specific software. Two versions of the XRD treatment methods were used: (i) full profile analysis (FPA) of whole XRD patterns with a self-consistent regularization (SCR) procedure using models for spherical and lamellar crystallites that allows us to estimate relative contributions of crystallites of different shapes; and (ii) analysis of main pure XRD lines with consideration of corrections on an instrumental line profile and background using a regularization procedure with models of spherical or lamellar crystallites. The XRD and TEM based approaches were tested to analyze the crystalline and particulate morphology of various disperse materials: complex (binary and ternary) fumed oxides with silica/alumina, silica/titania, and alumina/silica/titania including crystalline alumina and titania and amorphous silica; nanocomposites CeO2–ZrO2/SiO2 (10 : 10 : 80 wt.%) and TiO2–ZrO2/SiO2 (10 : 10 : 80 wt.%) including crystalline and amorphous phases and synthesized using a liquid-phase method and fumed silica A–300 as a substrate; and natural clays of complex composition including several crystalline phases. Obtained results show that the developed approaches to analyze the XRD patterns could be effectively used to compute the CSD in parallel with TEM image treatments, using specific software, for a deeper insight into crystalline and particulate morphology of various disperse materials. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:02Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-554 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-07-22T19:34:02Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5542022-06-29T10:02:21Z Particulate morphology of nanostructured materials Морфология частиц наноструктурованных материалов Морфологія частинок наноструктурованих матеріалів Gun'ko, V. M. Oranska, O. I. Paientko, V. V. Sulym, I. Ya. complex fumed oxides deposited oxides clays particulate morphology crystallite size distribution складні пірогенні оксиди нашаровані оксиди глини морфологія частинок розподіл кристалітів за розміром сложные пирогенные оксиды наслоенные оксиды глины морфология частиц распределение кристаллитов по размерам The aim of this study was to develop a technique to analyze the crystalline and particulate morphology of highly disperse complex metal and metalloid oxides, which include both crystalline and amorphous phases, using X-ray diffraction (XRD) data to compute crystallite size distributions (CSD) compared to the particles size distribution functions estimated from high-resolution transmission electron microscopy (TEM) images treated with specific software. Two versions of the XRD treatment methods were used: (i) full profile analysis (FPA) of whole XRD patterns with a self-consistent regularization (SCR) procedure using models for spherical and lamellar crystallites that allows us to estimate relative contributions of crystallites of different shapes; and (ii) analysis of main pure XRD lines with consideration of corrections on an instrumental line profile and background using a regularization procedure with models of spherical or lamellar crystallites. The XRD and TEM based approaches were tested to analyze the crystalline and particulate morphology of various disperse materials: complex (binary and ternary) fumed oxides with silica/alumina, silica/titania, and alumina/silica/titania including crystalline alumina and titania and amorphous silica; nanocomposites CeO2–ZrO2/SiO2 (10 : 10 : 80 wt.%) and TiO2–ZrO2/SiO2 (10 : 10 : 80 wt.%) including crystalline and amorphous phases and synthesized using a liquid-phase method and fumed silica A–300 as a substrate; and natural clays of complex composition including several crystalline phases. Obtained results show that the developed approaches to analyze the XRD patterns could be effectively used to compute the CSD in parallel with TEM image treatments, using specific software, for a deeper insight into crystalline and particulate morphology of various disperse materials. Целью данного исследования была разработка метода анализа морфологии частиц и кристаллитов различных высокодисперсных, сложных оксидов металлов и неметаллов с использованием данных рентгенофазового анализа (РФА) для расчетов распределений кристаллитов по размерам (РКР) в сравнении с распределениями частиц и кристаллитов по размерам, которые рассчитаны на основе изображений трансмиссионной электронной микроскопии высокого разрешения (ТЭМ). Было использовано две версии метода расчетов на основе данных РФА: (і) полнопрофильный анализ всей рентгенограммы с использованием самосогласованной регуляризации и моделей сферических и слоистых частиц, которая позволяла оценить вклады кристаллитов разных типов, (ii) анализ только основных РФА линий с учетом поправок на приборные эффекты и базовую линию с использованием метода регуляризации и моделей сферических и слоистых кристаллитов. Приближение, основанное на данных РФА и TЭM методов, было протестировано в рамках расчетов морфологии частиц и кристаллитов разных систем: сложных (двухфазных и трехфазных) пирогенных оксидов SiO2/Al2O3, SiO2/TiO2, Al2O3/SiO2/TiO2, которые включали кристаллические фазы Al2O3 и TiO2 и аморфную фазу SiO2; нанокомпозитов CeO2–ZrO2/SiO2 (10 : 10 : 80 масc. %) и TiO2–ZrO2/SiO2 (10 : 10 : 80 мас. %), которые включали кристаллические и аморфные фазы и были синтезированы жидкофазным методом с использованием пирогенного кремнезема A-300 в качестве носителя; и природных глин со сложной структурой, которые включали несколько кристаллических фаз. Полученные результаты свидетельствуют о том, что разработанный подход на основе РФА данных для расчетов РКР может быть эффективно использован параллельно с численным анализом ТЭМ изображений с использованием специфического программного обеспечения для детального описания морфологии частиц и кристаллитов различных дисперсных материалов. Метою цього дослідження була розробка методу аналізу морфології частинок та кристалітів різних високодисперсних, складних оксидів металів та неметалів, що включають як кристалічні, так і аморфні фази, з використанням даних рентгенофазового аналізу (РФА) для розрахунків розподілу кристалітів за розміром (РКР) у порівнянні з розподілами частинок та кристалітів за розміром, що розраховані на основі зображень трансмісійної електронної спектроскопії високої роздільної здатності (ТЕМ), аналізованих з використанням специфічного програмного забезпечення. Було використано дві версії методу розрахунків на основі даних РФА: (і) повнопрофільний аналіз всієї рентгенограми з використанням самоузгодженої регуляризації та моделей сферичних та шаруватих частинок, що дозволяла визначити внески кристалітів різного типу, (ii) аналіз тільки основних РФА ліній з урахуванням поправок на профіль смуг приладу та базову лінію з використанням регуляризації і моделей сферичних або шаруватих кристалітів. Наближення на основі РФА та TEM даних було тестовано для розрахунків морфології частинок та кристалітів різних систем: складних (бі- та трифазних) пірогенних оксидів SiO2/Al2O3, SiO2/TiO2, Al2O3/SiO2/TiO2, що включали кристалічні фази Al2O3 та TiO2 та аморфну фазу SiO2; нанокомпозитів CeO2–ZrO2/SiO2 (10 : 10 : 80 мас. %) та TiO2–ZrO2/SiO2 (10 : 10 : 80 мас. %), що мали кристалічні та аморфні фази та які було синтезовано рідкофазним методом з використанням пірогенного кремнезему A-300 як носія; та природних глин зі складною будовою, що включали кілька кристалічних фаз. Отримані результати свідчать про те, що розроблений підхід на основі аналізу РФА даних для розрахунків РКР може бути ефективно використано паралельно з аналізом ТЕМ зображень з використанням специфічного програмного забезпечення для детального опису морфології частинок та кристалітів різних дисперсних матеріалів. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-09-01 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/554 10.15407/hftp11.03.368 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 11 No. 3 (2020): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 368-377 Химия, физика и технология поверхности; Том 11 № 3 (2020): Химия, физика и технология поверхности; 368-377 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 11 № 3 (2020): Хімія, фізика та технологія поверхні; 368-377 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp11.03 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/554/557 Copyright (c) 2020 V. M. Gun'ko, O. I. Oranska, V. V. Paientko, I. Ya. Sulym |
| spellingShingle | складні пірогенні оксиди нашаровані оксиди глини морфологія частинок розподіл кристалітів за розміром Gun'ko, V. M. Oranska, O. I. Paientko, V. V. Sulym, I. Ya. Морфологія частинок наноструктурованих матеріалів |
| title | Морфологія частинок наноструктурованих матеріалів |
| title_alt | Particulate morphology of nanostructured materials Морфология частиц наноструктурованных материалов |
| title_full | Морфологія частинок наноструктурованих матеріалів |
| title_fullStr | Морфологія частинок наноструктурованих матеріалів |
| title_full_unstemmed | Морфологія частинок наноструктурованих матеріалів |
| title_short | Морфологія частинок наноструктурованих матеріалів |
| title_sort | морфологія частинок наноструктурованих матеріалів |
| topic | складні пірогенні оксиди нашаровані оксиди глини морфологія частинок розподіл кристалітів за розміром |
| topic_facet | complex fumed oxides deposited oxides clays particulate morphology crystallite size distribution складні пірогенні оксиди нашаровані оксиди глини морфологія частинок розподіл кристалітів за розміром сложные пирогенные оксиды наслоенные оксиды глины морфология частиц распределение кристаллитов по размерам |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/554 |
| work_keys_str_mv | AT gunkovm particulatemorphologyofnanostructuredmaterials AT oranskaoi particulatemorphologyofnanostructuredmaterials AT paientkovv particulatemorphologyofnanostructuredmaterials AT sulymiya particulatemorphologyofnanostructuredmaterials AT gunkovm morfologiâčasticnanostrukturovannyhmaterialov AT oranskaoi morfologiâčasticnanostrukturovannyhmaterialov AT paientkovv morfologiâčasticnanostrukturovannyhmaterialov AT sulymiya morfologiâčasticnanostrukturovannyhmaterialov AT gunkovm morfologíâčastinoknanostrukturovanihmateríalív AT oranskaoi morfologíâčastinoknanostrukturovanihmateríalív AT paientkovv morfologíâčastinoknanostrukturovanihmateríalív AT sulymiya morfologíâčastinoknanostrukturovanihmateríalív |