Visão geral da Cabana Óptica. Da esquerda para direita: primeira câmara de espelho (forma retangular), câmara do monocromador DCM (forma cilíndrica) e segunda câmara de espelho (forma retangular).

VISÃO GERAL

A Linha de Luz XAFS2 é uma estação experimental dedicada a técnicas de Espectroscopia por Absorção de Raios X na região dos raios-x duros (3.5 a 17 keV). Esta linha é utilizada para o estudo de estruturas em nível atômico assim como das propriedades eletrônicas e magnéticas da matéria, com aplicações numa grande variedade de campos científicos como física molecular e atômica, química, biologia, ciências da terra e do meio ambiente, e patrimônio cultural. Outras técnicas experimentais disponíveis nesta linha incluem espectroscopia por fluorescência de raios X, luminescência óptica excitada por raios X, refletividade, e absorção combinada com difração de raios X.

A XAFS2 é a segunda linha dedicada à absorção de raios X construída no LNLS. A linha foi aberta aos usuários em 2007 e, desde então, experimentos têm sido realizados diversas áreas científicas. Depois de quase 7 anos em operação, a linha de luz XAFS2 passou por uma reforma melhorando substancialmente os experimentos nela realizados. Hoje está disponível um difratômetro Huber de 4-círculos para experimentos de absorção combinado com difração. Desenvolvimento de novos meios de ambientes de amostras também possibilita a realização destas medidas de XAS-XRD in-situ/operando.

Outras atualizações incluem um completo remodelamento do hardware/software e do sistema de controle da linha de luz, que foi renovado através de um PXI da National Instruments (PXI-NI). O PXI-NI realiza a comunicação, por exemplo, com controladores Galil/Parker em uma plataforma EPICS. O sistema operacional Windows foi substituído pelo Linux Red-Hat e o sistema de controle 3WinDCM substituído pelo EPICS. Além disso, o Py4Syn, scripts baseados em python permitem manipulações, em alto nível, de equipamentos e elaboração de rotinas de medidas, gráficos em tempo real e dentre outras funcionalidades. Uma interface gráfica amigável foi criada em CS-Studio (Control System Studio) que permite toda a operação da linha, desde o alinhamento óptico à varredura em energia.

O próximo passo para melhorar a XAFS2 é em termos de rendimento, e deveremos testar a viabilidade de fazer Quick EXAFS (QEXAFS).

TÉCNICAS EXPERIMENTAIS

As técnicas e configurações experimentais a seguir estão disponíveis nesta linha de luz. Para saber mais sobre as limitações e requerimentos das técnicas, contate o coordenador da linha de luz antes de submeter sua proposta.

Medidas XAS por Transmissão e Fluorescência

A Espectroscopia de Absorção de Raios-X (XAS) é uma técnica amplamente utilizada para determinar a geometria local e/ou a estrutura eletrônica da matéria. A montagem padrão envolve três câmaras de ionização para feixe incidente, amostra e referência, um detector 15-elementos de Ge para medidas em modo fluorescência e um criostato 5K para garantir estabilidade na desordem térmica das amostras, se for o caso. Em geral, as amostras para esta montagem são membranas, pastilhas, filmes finos, líquido e sólidos. Deve-se levar em conta a homogeneidade da amostra quando as medidas são por transmissão.

Publicações recentes com esta montagem:

Sampaio DV, Souza NRS, Santos JCA, Silva DC, Fonseca EJS, Kucera C, Faugas B, Ballato J, Silva RS; Translucent and persistent luminescent SrAl2O4:Eu2+Dy3+ ceramics. CERAMICS INTERNATIONAL 42, 4306 (2016). doi:10.1016/j.ceramint.2015.11.108
Cappellari P.S., Buceta D., Morales G.M., Barbero C.A., Moreno M.S., Giovanetti L.J., Ramallo Lopez J.M., Requejo F.G., Craievich A.F., Planes G.A.. Synthesis of ultra-small cysteine-capped gold nanoparticles by pH switching of the Au(I)–cysteine polymer. JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE 441, 17 (2015). doi:10.1016/j.jcis.2014.11.016

XAS em modo in-situ

A montagem in-situ permite que a amostra seja exposta a diferentes ambientes de gás e temperatura podendo chegar a 1000°C podendo ser no modo transmissão ou fluorescência. O forno tubular é usado para o modo transmissão e as amostras são preparadas na forma de pastilha. Para as medidas in-situ em modo fluorescência as amostras em pó são misturadas com nitreto de boro e depois inseridas em um capilar. Se você pretende usar esta montagem, sugerimos entrar em contato com o coordenador da linha antes de submeter sua proposta.

Publicações recentes com esta montagem:

Coletta V.C.; Marcos F.C.F.; Nogueira F.G.E., Bernardi M.I.B; Michalowicz A.; Goncalves R.V.; Assaf, E.M.; Mastelaro V.R.. In situ study of copper reduction in SrTi1-xCuxO3 nanoparticles. PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS 18, 2070 (2016). doi: 10.1039/C5CP05939A
Ribeiro R.U., Meira D.M., Oliveira D.C., Rodella C.B., Bueno J.M.C., Zanchet D. Probing the stability of Pt nanoparticles on encapsulated in sol-gel Al2O3 using in situ and ex situ characterization techniques. APPLIED CATALYSIS A-GENERAL 485, 108 (2014). doi:10.1016/j.apcata.2014.07.039

Luminescência óptica excitada por Raios X

Nesta montagem é possível se obter informações do comportamento óptico do material quando irradiado por raios-x, medindo-se o espectro de emissão e/ou a luminescência integrada em função da energia. Também é possível realizar medidas em baixas temperaturas (cryo-XEOL) utilizando um criostato, atingindo 15K. Se você pretende usar esta montagem, sugerimos entrar em contato com o coordenador da linha antes de submeter sua proposta.

Publicações recentes com esta montagem:

Hora DA, Andrade AB, Ferreira NS, Teixeira VC, Rezende, MVS (2016). X-ray excited optical luminescence of Eu-doped YAG nanophosphors produced via glucose sol–gel route. Ceramics International, 42(8), 10516-10519 (2016).
doi: 10.1016/j.ceramint.2016.03.142
Rezende M.V., Montes P.J.R., Andrade A.B., Macedo Z.S., Valerio M.E.G.. Mechanism of X-ray excited optical luminescence (XEOL) in Europium doped BaAl2O4 phosphor. Physical Chemistry Chemical Physics, 18, 17646-17654 (2016). doi: 10.1039/C6CP01183G

LAYOUT & ELEMENTOS ÓTICOS

Elemento	Tipo	Posição [m]	Descrição
Fonte	Dipolo de Curvatura	0.0	Dipolo de Curvatura D08 Saída B (15°)
Fendas refrigeradas pré-monocromador	Dois conjuntos fendas UVH refrigeradas – lâminas de Ta, mecânicamente independentes montadas sobre um bloco de Cu.	8.0	Define as dimensões verticais e horizontais do feixe policromático que incide no primeiro espelho.
1° Espelho	Espelho cilíndrico de Rh colimando verticalmente a um ângulo de incidência de ~3 mrad	9.2	Colima verticalmente a radiação branca resultando em um feixe paralelo no monocromador de Duplo Cristal Si (111)
Monocromador de Duplo Cristal (DCM)	Duplo Cristal Plano de Si (111)	10.5	O DCM tem uma geometria de saída fixa e o único elemento óptico refrigerado por banho térmico a 24°C.
Fendas pós-monocromador	Dois conjuntos fendas UVH – lâminas de Ta, mecanicamente independentes montadas sobre um bloco de Cu.	11.6	Fendas verticais e horizontais sem refrigeração. São usadas para eliminar feixe espúrio.
2° Espelho	Espelho de Rh de curvatura variável	12.8	Foca verticalmente e horizontalmente o feixe monocromático em aproximadamente 450 µm de diâmetro na posição da amostra.

PARÂMETROS

Parâmetro	Valor	Condição
Faixa de Energia [keV]	3.5 - 17.0	Si(111)
Resolução em Energia [$ \Delta$E/E]	$ 1.7 \times 10^{-4}$	a 7 keV
Tamanho do Feixe [$ \mu \rm m^2$, FWHM]	450 x 250	na posição da amostra
Densidade de Fluxo na Amostra [ph/s/$ \rm mm^2$]	$ 2.78 \times 10^{9}$ a 7 keV e 100mA	Medido com um fotodiodo de 100% eficiência
Conteúdo de Harmônicos	< $ 3.94 \times 10^{-5}$	a 7.5 keV

INSTRUMENTAÇÃO

Instrumento	Tipo	Modelo	Especificações	Fabricante
Detector	Câmara de Ionização	-	Dois eletrodos paralelos separados por 14 mm. Comprimentos de 137 mm, 221 mm e 381 mm. Janela de kapton, de espessura $ 25 \mu \rm m$, para entrada/saída do feixe com área de 12 x 30 $ \rm mm^2$	Desenvolvimento Interno do LNLS
Detector	Detector de Estado Sólido de germânio com 15 elementos	G-15 SSD	Capacidade de alta taxa de contagem de 300.000cts/s. Área ativa total de 750 $ \rm mm^2$. Espessura do elemento sensível de 5 mm. Refrigeração por $ \rm N_2$ liquido.	Canberra
Detector	Detector de Elétrons	-	Eletrodo coletor em um campo elétrico gerado por uma ddp de 60V (bateria). A saída é um sinal amplificado em duas ordens de magnitude.	Desenvolvimento Interno do LNLS
Detector	Fotomultiplicadora	Model R928	Side-on; V = -1200 V. Saída: modo de corrente	Hamamatsu
Detector	Espectrômetro	USB2000+	Abrange a faixa de 200-1100 nm e pode ser conectado a fontes de luz, fibras ópticas e outros acessórios	Ocean Optics
Forno	Transmissão/ Fluorescência	Capilar	Temp. máx..: 900°C, Taxa de aquecimento: 10°C/s. Controlador: E5CK-T Ramp/Soak Process Controller-Omron. Capilares como porta-amostras (ID 0.8 mm/ OD 1mm) (ID 1 mm/ OD 1.2 mm) (ID 2 mm/ OD 2.2 mm)	Desenvolvimento Interno do LNLS
Forno	Transmissão	Tubular	Temp. máx.: 1100°C, Temp Rate: 10°C/s. Controlador: E5CK-T Ramp/Soak Process Controller-Omron. Porta-amostras de 4 mm e 8 mm de diâmetro	Desenvolvimento Interno do LNLS
Difratômetro	4-ciclos	424-511.1	Resolução ($ \theta$, $ 2\theta$, $ \phi$, $ \chi$) = 0.001°	Huber
Espectrômetro de massas	Sistema de análise de gás	OmniStar QMS 200	Filamento de tungstênio (padrão) . Faixa de massa: 1-100 amu. Taxa de fluxo de gás: 1-2 sccm. Análise de gás quantitativa e qualitativa.	Pfeiffer Vacuum
Criostato	Criostato para amostras em atmosfera de gás hélio, permitindo trocas rápidas	Omniplex: CS204*F-FMX-19OP	Alta potência de refrigeração e rápida taxa de resfriamento. Temperatura na cabeça fria de 4K (0.2W em 4.2 K). Janela de kapton em 180° para detecção nos modos transmissão e fluorescência.	ARS
Criostato para cryo-XEOL	Circuito fechado de He	DE-202 Cryocooler	$T_min = 15 K$	ARSCryo adaptado pelo LNLS para a técnica de cryo-XEOL

CONTROLE E AQUISIÇÃO DE DADOS

Todos os controles da linha de luz são feitos através do EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System), rodando em um PXI da National Instruments. A aquisição de dados é feita usando uma estação de trabalho Red Hat com o Py4Syn, desenvolvido no LNLS pelo grupo SOL. CSS (Control System Studio) é usado como uma interface gráfica para exibir e controlar os dispositivos da linha de luz.

A linha pode ser operada remotamente por meio da utilização do LabWeb para experimentos em transmissão de tipo convencional (sem fornos e gases). Estamos trabalhando para aprimorar estas possibilidades no Sirius. Para maiores detalhes, contate o coordenador da linha de luz.

DOCUMENTAÇÃO

Clique aqui para baixar o Manual da Linha de Luz XAFS2 (em português).

COMO CITAR ESTA INSTALAÇÃO

Usuários devem declarar a utilização das instalações do LNLS em qualquer artigo, tese ou outro material publicado que utilize dados obtidos na realização de sua proposta.

Texto de apoio para declaração/agradecimento:

This research used resources of the Brazilian Synchrotron Light Laboratory (LNLS), an open national facility operated by the Brazilian Centre for Research in Energy and Materials (CNPEM) for the Brazilian Ministry for Science, Technology, Innovations and Communications (MCTIC). The _ _ _ beamline staff is acknowledged for the assistance during the experiments.

Ou:

Esta pesquisa utilizou recursos do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), uma instalação nacional aberta do Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC) operada pelo Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Agradecemos a equipe da Linha de Luz _ _ _ pela assistência durante os experimentos.

Adicionalmente, em caso de publicação relacionada a esta instalação, favor citar o artigo abaixo.

FIGUEROA, S. J. A.; MAURICIO, J. C.; MURARI, J.; BENIZ, D. B.; PITON, J. R.; SLEPICKA, H. H.; FALCÃO DE SOUSA, M.; ESPÍNDOLA, A. M.; LEVINSKY, A. P. S.. Journal of Physics: Conference Series 712 (2016) 012022. DOI: 10.1088/1742-6596/712/1/012022

The XAFS2 is a general-purpose X-ray absorption beamline. It is the second one built at the LNLS. After approximately 7 years in operation this beamline has been substantially updated in order to improve its experimental possibilities. Recently arrived, a 4-circle Huber diffractometer has been incorporated to perform combined experiments. This collects XRD patterns with the XAFS. Through the development of a new sampling environment it is now also possible to perform these measurements in situ/operando conditions. Other upgrades include a complete remodelling of the beamline software and its control system. The following new systems are crucial for the next steps that are currently underway at the beamline, namely, (i) enabling remote access for users and (ii) the testing of QEXAFS measurements.

PUBLICAÇÕES

Abaixo está disponível a lista de artigos científicos produzidos com dados obtidos nas instalações desta Linha de Luz e publicados em periódicos indexados pela base de dados Web of Science.

Atenção Usuários: Dada a importância dos resultados científicos anteriores para a processo geral de avaliação das propostas, recomenda-se que os Usuários verifiquem e atualizem suas publicações tanto no portal SAU Online quanto na base de dados da Biblioteca do CNPEM. As atualizações da base de dados da biblioteca devem ser feitas enviando a informação bibliográfica completa para a Biblioteca (biblioteca@cnpem.br). As publicações são incluídas após checagem pela equipe da biblioteca e pela coordenação das linhas de luz.

XAFS2

Borges, L. R.; López-Castillo, A. ; Meira, D. M.; Gallo, J. M. R.; Zanchet, D.; Bueno, J. M. C.. Effect of the Pt Precursor and Loading on the Structural Parameters and Catalytic Properties of Pt/Al2O3, ChemCatChem, v. 92, n. 4, p. 947-958, 2019. DOI: 10.1002/cctc.201900092

XAFS2

Silva, A. J. S. da ; Freitas, S. M. de; Nascimento, P. A. M.; Carvalho, I. da S. ; Freire, R. ; Paschoal, C. W. A.; Silva, R. S. da; Rezende, M. V. dos S.. Non-stoichiometric Ce-doped LiAl5O8 phosphors: Synthesis, structural and optical properties, Ceramics International, v. 45, n. 15, p. 18994-19001, 2019. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.06.140

SXS XAFS2

Jaime, D. M. ; Bolzan, C. A. ; Andrade, A. M. H.; Schoffen, J. R.. Structural and compositional analysis of GaSb nanofoams obtained by ion irradiation of sputtered films, Thin Solid Films, v. 687, p. UNSP 137447, 2019. DOI: 10.1016/j.tsf.2019.137447

SXS XAFS2

Prado, R. J.; Tiecher, F. ; Hasparyk, N. P. ; Dal Molin, D. C. C.. Structural characterization of alkali-silica reaction gel: An x-ray absorption fine structure study, Cement and Concrete Research, v. 123, p. UNSP 105774, 2019. DOI: 10.1016/j.cemconres.2019.05.019

XAFS2

Lino, A. V. P.; Assaf, E. M.; Assaf, J. M.. X-ZrO2 addition (X = Ce, La, Y and Sm) on Ni/MgAl2O4 applied to methane tri-reforming for syngas production, Journal of CO2 Utilization, v. 33, p. 273-283, 2019. DOI: 10.1016/j.jcou.2019.06.016

XAFS2

Cruz, T. N. M. da; Savassa, S. M.; Montanha, G. S.; Ishida, J. K. ; Almeida, E.; Tsai, S. M.; Lavres Jr., J.; Carvalho, H. W. P.. A new glance on root-to-shoot in vivo zinc transport and time-dependent physiological effects of ZnSO4 and ZnO nanoparticles on plants, Scientific Reports, v. 9, p. 10416, 2019. DOI: 10.1038/s41598-019-46796-3

MAIS PUBLICAÇÕES