Rentgenová difrakce na Katedře inženýrství pevných látek FJFI ČVUT v Praze

K. Trojan, N. Ganev, J. Čapek, K. Kolařík

Katedra inženýrství pevných látek, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, České vysoké učení technické, Trojanova 13, 120 00 Praha 2, Česká Republika

karel.trojan@fjfi.cvut.cz

Laboratoř strukturní rentgenografie Katedry inženýrství pevných látek FJFI ČVUT v Praze [1] je pracoviště vědecké i pedagogické. Kromě výuky studentů se ve své vědecko-výzkumné činnosti tradičně zaměřuje především na rtg difrakční studium stavu zbytkové napjatosti v polykrystalických kovových i keramických materiálech. Přístrojové vybavení laboratoře bylo v posledních letech výrazně inovováno a dnes umožňuje rovněž zkoumat kvalitativně i kvantitativně fázové složení i tenkých vrstev a přednostní orientace polykrystalických materiálů.

Historie Laboratoře strukturní rentgenografie byla popsána podrobně již v několika publikacích prof. Krause, například i v Jubilejních almanachu FJFI ČVUT 1955–2015 [2]. Základy Laboratoře strukturní rentgenografie byly položeny už při zakládání Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrství ČVUT v Praze, studium fyziky pevných látek je zde nabízeno posluchačům od podzimu 1960. Program rentgenového výzkumu struktury krystalických pevných látek začali vytvářet prom. fyz. Ivo Kraus a prom. fyz. Galina Gosmanová ve spolupráci s prof. Adélou Kochanovskou z ÚFPL ČSAV. Od té doby je pracoviště z jedním z předních laboratoří využívající rentgenovou difrakci, jehož přístrojové vybavení je neustále modernizováno a možnosti analýz jsou neustále rozšiřovány.

Laboratoř strukturní rentgenografie od loňského prosince využívá nový práškový rentgenový difraktometr Empyrean od firmy PANalytical (obr. 1), který je vybaven účinným pozičně citlivým detektorem 1Der s vysokým energetickým rozlišením (< 5 % CuKα) doplněný rovněž příslušenstvím pro studium tenkých vrstev (Göblovo parafokusační a rovinné zrcadlo) a textur (3-osá otevřená Eulerova kolébka). I nadále je v laboratoři využíván práškový difraktometr X’Pert PRO MPD od firmy PANalytical, který je vybaven unikátním polohovacím systémem pro rozměrné vzorky vyvinutým pracovníky laboratoře, triangulačním laserovým zaměřováním s 5µm přesností stanovení polohy a vysokoteplotní komůrkou HTK 2000N pro in-situ rtg difrakční studie do 2300 °C ve vakuu a do 1600 °C na vzduchu. Velkou předností laboratoře je, že je vybavena pěti rentgenkami s různou anodou, konkrétně lze volit mezi prvky Cr, Mn, Co, Cu a Mo, což odpovídá vlnovým délkám 2,29 až 0,71 Å. Na pracovišti jsou stále v provozu dvě rtg difrakční zařízení s plošnou detekcí difrakčních obrazců SEIFERT ID 3003 od firmy GE Inspection Technologies, kde je používán dvoudimenzionální pevnolátkový detektor – paměťová fólie, získaná data jsou vyhodnocována softwarem LUCIA pro analýzu obrazu. Pro studium hloubkových průběhů strukturně citlivých charakteristik je nezbytné definované postupné elektrolytické odnímání povrchových vrstev k čemuž jsou v laboratoři dva přístroje LectroPol 5 a mobilní Proto Electropolisher Model 8818-V3.

Obrázek 1. Difraktometr Empyrean (PANalytical) s účinným pozičně citlivým detektorem 1Der s vysokým energetickým rozlišením.

Tématika problémů řešených v Laboratoři strukturní rentgenografie jak v rámci projektů základního a aplikovaného výzkumu, tak i na žádost našich i zahraničních pracovišť a smluvních partnerů je neobyčejně pestrá. Za projekty základního výzkumu lze například zmínit projekt „Mechanické vlastnosti funkčních vrstev submikronových tloušťek“, v rámci aplikovaného výzkumu v současnosti běží projekt „Vysoce produktivní stroje pro prostředí digitálních továren“. Laboratoř spolupracuje s dalšími výzkumnými organizacemi a také se podílí na výzkumu průmyslových partnerů jak těch velkých jako například UJV Řež, a.s. nebo UJP Praha a.s., tak těch menších, avšak neméně důležitých, jako třeba NEVA – TST s.r.o., což je malý podnik v jižních Čechách zaměřující se na výrobu strojů a nástrojů pro zpracování dřeva.

Laboratoř strukturní rentgenografie přispívá k výchově fyzikálních inženýrů na FJFI ČVUT v Praze, jejich přednostmi jsou dokonalé pochopení teorie fyzikálních procesů, příprava a zvládnutí experimentů, jejich kritické zhodnocení a využití výsledků laboratorního výzkumu v průmyslové praxi.

1. Webová stránka Laboratoře strukturní rentgenografie: https://kiplweb.fjfi.cvut.cz/web/xrd/

2. I. Kraus & Š. Zajac v Jubilejní almanach FJFI ČVUT 1955–2015, editoři I. Kraus, L. Škoda & Š. Zajac (Praha: ČVUT, FJFI), 2015, ISBN 978-80-01-05766-7

Pracoviště je podpořeno grantem Studentské grantové soutěže ČVUT č. SGS22/183/OHK4/3T/14 a projektem CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_019/0000778 "Center for advanced applied science" v rámci Operačního programu Výzkum, vývoj a vzdělání, který je kontrolován Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy České Republiky.