Fakulteta za podiplomski študij

Strukturna analiza materialov z rentgensko absorpcijsko spektrometrijo

Predmet se izvaja v programu:
Podiplomski študijski program Fizika (tretja stopnja)

Cilji in kompetence

Osnovni cilj predmeta je podati študentom teoretična in praktična znanja (know-how) s področja rentgenske absorpcijske spektrometrije s sinhrotronsko svetlobo, potrebna za uspešno samostojno karakterizacijo atomske in molekularne strukture različnih materialov, od pridobitve merilnega časa v sinhrotronskih laboratorijih, priprave in izvedbe eksperimenta do kvantitativne analize in interpretacije rezultatov.

Pogoji za vključitev v delo oz.
za opravljanje študijskih obveznosti

/

Vsebina

    • Interakcija rentgenske svetlobe s snovjo
    • Spektroskopija EXAFS
    • Spektroskopija XANES
    • Eksperimentalne tehnike pri merjenju rentgenskih absorpcijskih spektrov s sinhrotronsko svetlobo v fluorescenčni in transmisijski tehniki, detektorji in optične komponente za rentgensko svetlobo, in-situ experimenti.
    • Mikro spektroskopija (kombinacija rentgenske spektroskopije z rentgensko mikronsko spektroskopijo)
    • Numerična analiza spektrov EXAFS and XANES
    • Napredne analizne tehnike (paralelno nelinearno modeliranje več spektrov EXAFS hkrati, modeliranje spektrov XANES z linearno kombinacijo izmerjenih referenčnih spektrov)
    • Atomsko absorpcijsko ozadje v spektrih EXAFS
    • Tipične uporabe strukturne analize z EXAFS in XANES (katalizatorji, nanostrukturirani materiali, tekočine in geli, okoljski vzorci, rastlinska tkiva, vzorci iz kulturne deiščine.
    • Sorodne rentgenske spektroskopske in XRF tehnike s sinhrotronsko svetlobo, 2D submikronske porazdelitve elementov v vzorcih z mikro-XRF

Predvideni študijski rezultati

Znanje in razumevanje:

Slušatelji spoznajo principe različnih rentgenskih spektroskopskih metod (EXAFS, XANES, micro-XAFS, …). Naučijo se uporabljati te spektroskopske metode, od priprave in izvedbe meritev v sinhrotronskih laboratorijih, do analize in interpretacije rezultatov. Pri praktičnih projektih se naučijo uporabe specializirane programske opreme za XAS analizo in napredne analizne tehnike. Na primerih iz raziskovalne prakse pridobijo potrebna znanja in kompetence za samostojno analizo in interpretacijo rentgenskih absorpcijskih spektrov. Naučijo se izbrati, katera kombinacija spektroskopskih metod je optimalna pri analizi specifične lastnosti materiala. Pridobijo znanja, potrebna za samostojno izvedbo meritev na merilnih postajah v različnih sinhrotronskih laboratorijih in veščine pri pisanju predlogov za pridobitev merilnega časa na teh postajah.

Temeljna literatura in viri

    • G. Bunker, Introduction to XAFS: A Practical Guide to X-ray Absorption Fine Structure Spectroscopy, Cambridge University Press, 2010
    • D.C. Konnigsberger and R. Prins (eds.), X-ray absorption spectroscopy, Wiley&Sons, 1988
    • J. J. Rehr, R. C. Albers, Theoretical approaches to x-ray absorption fine structure, Reviews of Modern Physics, Vol. 72, No. 3, July 2000, 621-654
    • J. Wong, F.W. Lytle, R. P. Messmer, D.H. Maylotte, K-edge spectra of slected vanadium compounds, Phys. Rev. B 30 (1984) 5596 – 5610
    • K. Vogel-Mikuš, P. Kump, M. Nečemer, P. Pelicon, I. Arčon, P. Pongrac, B. Povh, M. Regvar, Quantitative analyses of trace elements in environmental samples : options and (im)possibilities. Soil heavy metals, (Soil biology, 19). Heidelberg [etc.]: Springer, 2010, str. 113-138.
    • I. Arčon, Introduction to XANES and EXAFS analysis. Nova Gorica: [I. Arčon], 2008. 35 str., ilustr. [COBISS.SI-ID 933883]
    • I. Arčon, X-ray absorption spectroscopy : a practical guide to structural analysis of materials with EXAFS and XANES analysis. Nova Gorica: [I. Arčon], 2008 [COBISS.SI-ID 934139]
    • V. Kaučič, N. Zabukovec Logar, I. Arčon, Characterisation of microporous and mesoporous solids using complementary diffraction and X-ray absorption spectroscopic techniques, Characterization techniques for zeolites and related materials : state of the art and recent developments, 2nd FEZA school 2008, Universite Pierre et marie Curie, Paris, September 1-2, 2008 [COBISS.SI-ID 3992602]
    • I. Arčon, tutorials on the web: http://www.p-ng.si/~arcon/xas and http://www.ung.si/~arcon/xas-si and http://www.ung.si/~arcon/xas/students
    • IFEFFIT software and documentation for XAS analysis: http://cars.uchicago.edu/ifeffit/Ifeffit
    • DEMETER software and documentation (XAS software) http://bruceravel.github.com/demeter/
    • FEFF documentations: http://leonardo.phys.washington.edu/feff/

Načini ocenjevanja

Preverjanje znaja poteka v obliki petih individualnih projektnih nalog iz analize spektrov EXAFS in XANES na realnih primerih iz raziskovalne prakse in zaključnega projekta, pri katerem študentje pripravijo predlog eksperimenta na izbrani sinhrotronski merilni postaji. Projektne naloge in zaključni projekt oddajo v pisni obliki in jih zagovarjajo v ustni obliki, v diskusiji z nosilcem predmeta in ostalimi študenti (50/50)

Reference nosilca

Prof. dr. Iztok Arčon je redni profesor za področje fizike, redno zaposlen na Univerzi v Novi Gorici.

1.ARČON, Iztok, PICCOLO, Oreste, PAGANELLI, Stefano, BALDI, Franco. XAS analysis of a nanostructured iron polysaccharide produced anaerobically by a strain of Klebsiella oxytoca. Biometals, ISSN 0966-0844, 2012, vol. 25, no. 5, str. 875-881, doi: 10.1007/s10534-012-9554-6. [COBISS.SI-ID

2264827]

2.DOMINKO, Robert, ARČON, Iztok, KODRE, Alojz, HANŽEL, Darko, GABERŠČEK, Miran. In-situ XAS study on Li[sub]2MnSiO[sub]4 and Li[sub]2FeSiO[sub]4 cathode materials. V: Selected papers presented at the 14th international meeting on lithium batteries : Tianjin, China, 22 -28 June 2008 :

IMLB-2008, (Journal of power sources, ISSN 0378-7753, Vol. 189, Issue 1, 2009). Lausanne: Elsevier, 2009, vol. 189, no. 1, str. 51-58, doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.11.077. [COBISS.SI-ID 1073915],

3. VALANT, Matjaž, KOLODIAZHNYI, Taras, ARČON, Iztok, AGUESSE, Frederic, AXELSSON, Anna-Karin, ALFORD, Neil McN. The origin of magnetism in Mn-doped SrTiO [sub] 3. Advanced functional materials, ISSN 1616-301X, maj 2012, vol. 22, no. 10, str. 2114-2122. [COBISS.SI-ID 2265083],

4. ARČON, Iztok, KOLAR, Jana, KODRE, Alojz, HANŽEL, Darko, STRLIČ, Matija. XANES analysis of Fe valence in iron gall inks. X-ray spectrometry, ISSN 0049-8246, 2007, vol. 36, str. 199-205. [COBISS.SI-ID 665339],

5. VOGEL-MIKUŠ, Katarina, ARČON, Iztok, KUMP, Peter, PELICON, Primož, NEČEMER, Marijan, VAVPETIČ, Primož, KOREN, Špela, REGVAR, Marjana. Analytical tools for exploring metal accumulation and tolerance in plants. V: ANJUM, Naser A. (ur.). Phytotechnologies : remediation of environmental contaminants. Boca Raton (FL): Taylor & Francis, cop. 2013, str. 443-495, ilustr. [COBISS.SI-ID 2671439]

Univerzitetna koda predmeta: 3FIi01

Letnik: 1

Predavatelj:

ECTS: 9

Vrsta predmeta: izbirni

Jeziki: angleški

Metode poučevanja in učenja:
predavanja, vaje na programski opremi za analizo xas spektrov pod vodstvom nosilca predmeta, individualno delo na projektih pod vodstvom nosilca predmeta, predstavitve in interpretacija rezultatov projektov ostalim študentom v skupni v seminarski obliki, • diskusija o objavljenih člankih iz izbranih tem xas raziskav