Aplicações clássicas da técnica de espalhamento de raios-x a baixo ângulo em materiais nanoestruturados

Abstract

The small angle X-ray scattering (SAXS) technique has been used with very much versatility and success in the structural characterization of nanostructured materials. The present work deals with a study of the principles of the SAXS technique and of some classical models employed in the structural characterization of nanostructured materials. Particularly, the study of the models and of the associated methodologies is applied to a set of samples of silica gels, of varied typical structures, prepared in the Laboratório de Novos Materiais of the Departamento de Física of the IGCE. The work discusses in an introductory chapter the principles of the SAXS technique and the foundation of classical models often used in the structural characterization of materials. The classical models and the associated methodologies were applied to a variety of silica gel structures. The studies include: i) the scattering from a system of particles - Guinier's law; ii) the asymptotic scattering from a two-phase system - Porod's law; iii) systematic deviation from Porod's law - Surface Fractal; iv) heterogeneities in solids with random size distribution - DAB Model; and v) the scattering from mass fractal structures. The analyses were carried out from experimental SAXS data obtained in several opportunities at the Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS)

A técnica de espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS) tem sido utilizada com bastante versatilidade e sucesso na caracterização estrutural de materiais nanoestruturados. O presente trabalho trata de um estudo dos princípios da técnica de SAXS e de alguns modelos clássicos utilizados na caracterização estrutural de materiais nanoestruturados. Particularmente, o estudo dos modelos e das metodologias associadas é aplicado a um conjunto de amostras de géis de sílica, de estruturas típicas variadas, preparadas no Laboratório de Novos Materiais do Departamento de Física do IGCE. O trabalho aborda num capítulo introdutório os princípios da técnica de SAXS e a fundamentação de modelos clássicos frequentemente utilizados na caracterização estrutural de materiais. Os modelos clássicos e as metodologias associadas foram aplicados a uma variedade de estruturas de géis de sílica. Os estudos incluem: i) espalhamento por um sistema de partículas - Lei de Guinier; ii) espalhamento assintótico do sistema de duas fases - Lei de Porod; iii) desvios sistemáticos da lei de Porod - Superfície Fractal; iv) heterogeneidades em sólidos com distribuição de tamanhos ao acaso - Modelo DAB; e v) espalhamento por estruturas fractais de massa. As análises foram feitas usando dados experimentais de SAXS coletados em diversas ocasiões no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS)