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VISÃO GERAL

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Visão da Linha de Luz XPD e da estação de trabalho.

A Linha de Luz XPD é uma estação experimental dedicada a técnicas de Difração de Raios X em Policristais cobrindo a faixa de energia de 6 a 12 keV. No entanto, a energia é fixada em 8 keV (em que se tem fluxo máximo), sendo alterada apenas para experimentos de espalhamento anômalo ou para se eliminar o efeito de fluorescência em amostras contendo certos elementos, como Fe, Cu e Co. A linha de luz é focada em estudos estruturais de materiais cristalinos e nanocristalinos e é capaz de executar tanto experimentos em alta resolução como experimentos in situ mais rápidos sob condições não-ambiente.

A linha de lux XPD possui uma fonte de dipolo magnético de 1,67 T, com um difratômetro Huber com 4+2 círculos, que trabalha em geometria Bragg-Brentano (θ – 2 θ), fornecendo dados de difração de policristais de alta qualidade. As técnicas de difração de raios X em policristais beneficiam-se muito do alto brilho das fontes de luz síncrotron em termos de fluxo de fótons, resolução angular, maior resolução, ajuste de energia, assim como estudos in situ em combinação com detectores rápidos.

A XPD é uma linha de luz para estudar a estrutura de todas as formas de materiais policristalinos, especialmente em forma de pó. Nela são adquiridos perfis de difração de pó no modo de alta resolução, permitindo a investigação de, tensão, deformação e defeitos de rede dos materiais a temperaturas ambiente e criogênicas. Além disso, a difração raios X de pó usando uma fonte de luz síncrotron e detectores rápidos tornou-se uma técnica essencial para estudar a mudança em materiais cristalinos ou nanométricos em função de uma variedade de condições experimentais tais como temperaturas e gás. A linha XPD permite experimentos cinéticos usando um forno instalado no difratômetro, que permite que fluxos de gases interajam com as amostras para simular várias condições ou ambientes de reação. Um detector linear Mythen 1k pode ser usado para aquisição rápida de dados durante experimentos in situ. A energia da linha de luz pode ser alterada para realizar experimentos de espalhamento anômalo, nos quais o contraste entre fatores de espalhamento de diferentes elementos pode ser ajustado de maneira conveniente. A sintonização de energia também elimina os efeitos da fluorescência.

CONTATO & EQUIPE


Telefone da Instalação: +55 19 3512 1131
E-mail da Instalação: xpd@lnls.br

Coordenação: Cristiane Barbieri Rodella
Telefone: +55 19 3512 1040
E-mail: cristiane.rodella@lnls.br

 

Clique aqui  para mais informações sobre a equipe desta Instalação.

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 EM CONDIÇÕES AMBIENTES

Medidas em condições ambientes são realizadas em amostras que requerem alta resolução dos picos de difração. Neste caso as amostras são medidas sob condição de temperatura e atmosfera ambiente. Esta configuração fornece a posição precisa dos picos de difração e reduz a sobreposição de picos em materiais altamente cristalinos e o background. Esta configuração é geralmente necessária para análise quantitativa de amostras, como os casos de determinação da estrutura utilizando o método de refinamento estrutural de Rietveld para determinação de parâmetros cristalinos como parâmetros de rede e volume da cela unitária, tamanho do cristalito, investigação de tensão e microdeformação e defeitos de rede. Utilizando a geoletria Bragg-Brentano, essas medidas podem ser realizadas em condições ambientes ou em temperatura criogênica com um criostato. É importante ressaltar que no caso das medidas usando criostatos não há rotação da amostra. Medida em alta resolução requer um cristal analisador, um cristal Ge (111), instalado antes de um detector pontual (cintilador Cyberstar), que fornece uma resolução de tamanho de passo de 0,02 ° em 2θ. Este modo de análise resulta em baixo fluxo de fótons e, consequentemente, menor intensidade do feixe difratado e maior tempo de aquisição de dados (4-14 horas para cada amostra).

MEDIDAS IN SITU

Forno Canario

Medidas in situ podem ser feitas em forno com possibilidade de uso de fluxo de gás. Nesta configuração, vários tipos de reações podem ser simulados. A faixa de temperatura depende do forno usado (veja tipos de fornos disponíveis na linha de luz). Vários ambientes de gás podem simular reações químicas. Algumas restrições estão em vigor para a segurança do trabalho e evitar danos aos fornos. Assim, não são permitidos gases corrosivos. Além disso, restrições se aplicam ao uso de hidrogênio (5% max) e oxigênio (20% max). É altamente recomendável que você entre em contato com a equipe da linha de luz antes de enviar uma proposta de tempo de feixe para certificar que seu experimento se enquadra nos regulamentos de segurança. Um vácuo leve pode ser aplicado ao forno, bem como umidade, se necessário. Um espectrômetro de massa também está disponível para analisar a composição química na saída do forno. O forno apropriado será selecionado pelo pessoal da linha de luz, dependendo das necessidades do usuário.

A configuração in situ funciona tanto para medições rápidas (mais baixa resolução) usando o detector Mythen 1K quanto para a configuração de alta resolução usando o detector pontual Cyberstar. Observe as grandes diferenças de tempo na coleta de dados entre esses dois detectores. Para mais informações sobre configurações mais complexas, entre em contato com a equipe da linha de luz.

CRIOSTATO

Para medições em baixa temperatura, um criostato da Advanced Research System está disponível. A temperatura mais baixa é de ~10 K usando circuito fechado de He. Para as medidas em baixa temperatura podem ser usados tanto o detector rápido – Mythen 1k, quanto o detector pontual de alta resolução.

PREPARAÇÃO DE AMOSTRA

Porta amostras da esquerda para a direita: forno, criostato, e condição ambiente.

Dependendo do tipo de configuração experimental, as amostras podem ser pó ou pastilha. Preferivelmente na forma de pó, as amostras precisam ser moídas ou maceradas até o tamanho mais fino possível para evitar efeitos relacionados à orientação preferencial do pó que afetam os dados.

ENERGIA DA LINHA DE LUZ

A energia da linha XPD é fixa em 8 keV ((λ = 1,5498Å) que corresponde ao máximo do fluxo de fótons e é equivalente ao comprimento de onda Cu Kα usado em fontes convencionais de raios X para difração. No entanto, a energia pode ser alterada para o caso de experimento de difração anômala ou para evitar fluorescência de amostras compostas de Fe, Co ou Cu, por exemplo. Também é possível trabalhar com energias mais altas se for importante aumentar a profundidade de penetração dos raios X na amostra, principalmente para o caso de amostras compostas de materiais com alto Z.

LAYOUT & ELEMENTOS ÓTICOS


 

 

ElementoTipoPosição [m]Descrição
SRCBending Magnet0.0Bending Magnet D10 exit B (15°), 1.67 T,
FEFront-end--
S1White Beam Slits6.2LNLS Slits (Cu and Ta)
M1Cylindrical Vertical Collimating Mirror7.3Rh coated ULE, R = 1.7 to 21.7 km, $ \theta$ = 4.5 mrad
DCMDouble Crystal Monochromator8.6Water cooled Si (111)
S2Monochromatic Beam Slits20.0LNLS Slits (Cu and Ta)
S3Sample Slits21.4ADC Motorized Sample slits
ESExperimental Station21.94+2 circles Huber diffractometer

PARÂMETROS

ParâmetroValorCondição
Critical Energy [keV]2.08-
Energy range [keV][Å]4.5-15 (2.76-0.83)Si (111)
Energy resolution [$ \Delta$E/E]$ 2.5 \times 10^{-4}$Si (111)
Beam size at sample [$ \rm mm^{2}$, FWHM]3 x 2at 8 keV
Beam divergence at sample [$ \rm mrad^{2}$, FWHM]1 x 0.1at 8 keV
Flux density at sample [ph/s/$ \rm mm^{2}$]$ 2.5 \times 10^{10}$at 8 keV

INSTRUMENTAÇÃO

InstrumentoTipoModeloEspecificaçõesFabricante
DetectorLinearMythen 1k$50\mu \rm m$ pixel, 1280 pixel, 2kHz frame rateDectris
DetectorPoint DetectorCyberstar X1000$ \phi$ = 30 mm, Tl-doped NaI (NaI(Tl)), $10^6\, \rm counts.s^{-1}$FMB Oxford
DetectorCCD CameraX-ray eyeA-ray sensitive CCDPhotonic Science
FurnaceIn-situ High Temperature Diffraction chamberAraraMax Temp.: 1000°C, Temp Rate: 10K/s, window port 210°LNLS in-house development
FurnaceIn-situ High Temperature Diffraction chamberCanarioMax Temp.: 1000°C, Temp Rate: 10K/s, window port 210°LNLS in-house development
FurnaceIn-situ High Temperature Diffraction chamberXRK900Max Temp.: 900°C, Temp Rate: 20K/sAnton Paar
Diffractometer4+2 circles5020$2\theta$ max=150°; $ \theta$ max=90°Huber
Eurellian Cradle2 circles513360º $l\Phi$; $\chi$ max=150º, min=-45ºHuber
CryostatsHe Closed Cycle Diffraction CryostatDE-202Closed Cycle Cryo-cooler, Temperature range: <10 K – 350K, Window Ports: 5 - 90° ApartARS Cryo
Analyzer CrystalMonochromatic CrystalGe(111)$2 \theta$ step: 0.0025ºLNLS in-house development
Analyzer CrystalMonochromatic CrystalSi(111)$2 \theta$ step: 0.0025ºLNLS in-house development
Analyzer CrystalMonochromatic CrystalHOPG(002)$2 \theta$ step: 0.05ºLNLS in-house development
Gas detectorMass SpectrometerQMA 100-Pfeiffer Vacuum
Gas detectorMass SpectrometerQMA 200-Pfeiffer Vacuum

CONTROLE E AQUISIÇÃO DE DADOS

A linha de luz é controlada usando o sistema EPICS (Experimental Physics e Industrial Control System) que está sendo executado em um PXI da National Instruments. Todos os movimentos do difratômetro e de aquisição de dados são feitos usando o modo fourc no SPEC (software para controle de instrumentação e aquisição de dados em experimentos de difração de raios X do Certified Science Software). Para algumas interfaces gráficas e dispositivos de linha de luz podem ser controlados usando CSS (Control System Studio).

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.

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. 

 


 XPD 

 Forbes, R. P.; Barrett, D. H.; Rodella, C. B.; Billing, D. G.. The thermoresponsive behaviour of Nasicon-like CuTi2(PO4)(3), Materials Characterization, v. 155, p. UNSP 109795, 2019. DOI: 10.1016/j.matchar.2019.109795


 XPD 

 Ávila, Y. ; Plasencia, Y.; Osiry, H.; Martinez-DlCruz; Gonzalez, M.; Reguera, E.. Thermally Induced Spin Transition in a 2D Ferrous Nitroprusside, European Journal of Inorganic Chemistry, Early Access, 2019. DOI: 10.1002/ejic.201900837


 DXAS   PGM   XDS   XPD 

 Coutrim. L. T.; Rigitano, D. ; Macchiutti, C. ; Mori, T. J. A.; Lora-Serrano, R.; Granado, E.; Sadrollahi, E. ; Litterst, F. J.; Fontes, M. B. ; Baggio-Saitovich, E.; Bittar, E. M.; Bufaiçal, L.F. S.. Zero-field-cooled exchange bias effect in phase-segregated La2-xA(x)CoMnO(6-delta) (A = Ba,Ca,Sr; x=0, 0.5), Physical Review B, v. 100, n. 5, p. 054428, 2019. DOI: 10.1103/PhysRevB.100.054428


 XPD 

 Toncon-Leal, C. F. ; Amaya-Roncancio, S. ; García-Blanco, A. A. ; Moreno, M. S.; Sapag, K.. Confined Iron Nanoparticles on Mesoporous Ordered Silica for Fischer-Tropsch Synthesis, Topics in Catalysis, v. 62, n. 12-16, p. 1086-1095, 2019. DOI: 10.1007/s11244-019-01201-1


 XPD 

 Thyssen, V. V.; Assaf, E. M.; Sartore, D. M.. Effect of preparation method on the performance of Ni/MgO-SiO2 catalysts for glycerol steam reforming, Journal of the Energy Institute, v. 92, n. 4, p. 947-958, 2019. DOI: 10.1016/j.joei.2018.07.010


 XPD 

 Ávila, Y. ; Osiry, H.; Plasencia, Y.; Torres, A. E. ; Gonzalez, M.; Lemus-Santana, A. A.; Reguera, E.. From 3D to 2D Transition Metal Nitroprussides by Selective Rupture of Axial Bonds, Chemistry-A European Journal, Early Access, 2019. DOI: 10.1002/chem.201902168


MAIS PUBLICAÇÕES

FOTOS


XPD: Estação de Trabalho / Workstation



Português:
Visão da Linha de Luz XPD e da estação de trabalho.

English:
View of the XPD beamline and of the workstation.

XPD: Difratômetro / Diffractometer



Português:
Difratômetro Huber (4+2 círculos) numa configuração para medidas de difração in-situ com detecção rápida (Mythen strip detector) e alta resolução (Cyberstar point detector).

English:
4+2 circle Huber diffractometer setup for in-situ diffraction measurements with rapid detection (Mythen strip detector) and high resolution (cyberstar point detector).

XPD: Forno / Furnace



Português:
Forno Canario para medidas in-situ de difração de raios X.

English:
Canario furnace for in-situ XRD measurements.

XPD: Forno / Furnace



Português:
Forno Anton Paar XRD 900 para medidas de difração in-situ.

English:
Anton Paar XRD 900 furnace for in-situ diffraction measurements.

XPD: Criostato / Cryostat



Português:
Criostato da Advanced Research Systems.

English:
Advanced Research Systems cryostat.