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Júpiter - Sistema de Graduação

Escola Politécnica
 
Engenharia Metalúrgica e Materiais
 
Disciplina: PMT3301 - Fundamentos de Cristalografia e Difração
Fundamentals of Crystallography and Diffraction

Créditos Aula: 3
Créditos Trabalho: 0
Carga Horária Total: 45 h
Tipo: Semestral
Ativação: 01/01/2016 Desativação:

Objetivos
Ensinar o papel básico da cristalografia e da difração para a caracterização da estrutura atômica e da microestrutura de sólidos cristalinos e, também, para o desenvolvimento de novos materiais. Conceitos de simetria são utilizados para descrever a geometria da estrutura cristalina dos sólidos. Fundamentos físicos e geométricos do fenômeno de difração são apresentados e a instrumentação relevante para as técnicas de caracterização são consideradas. Damos atenção particular à difratometria de raios-X, mas outras técnicas de caracterização também são abordadas.
 
Teaching the fundamental role of crystallograpy and diffraction in the atomic and microstructural characterization of crystal solids, and also in the development of new materials. Symmetry concepts are used for describing the crystal stucture geometry. Basic physics concepts and geometrical aspects of diffraction phenomena are presented, and instrumentation relevant for the characterization techniques are considered. We give particular attention to X-ray diffractometry, but other characterization techniques are also discussed.
 
 
Docente(s) Responsável(eis)
2087860 - Ivette Frida Cymbaum Oppenheim
 
Programa Resumido
A estrutura dos sólidos cristalinos. Fundamentos de simetria. A rede recíproca. Fundamentos da difração de raios-X. A geometria da difração de raios-X. Intensidade integrada e largura dos picos de difração. Métodos de difração de raios-X. Aplicações do método de difração do pó em materiais policristalinos. Outras técnicas de caracterização e suas aplicações.
 
The structure of crystal solids. Basic concepts of symmetry. The reciprocal lattice. Fundamentals of X-ray diffractometry. The Geometry of X-ray diffaction. Integrated intensities and width of diffraction peaks. X-ray diffraction methods. Applications of X-ray powder diffractometry in polycrystalline materials. Other characterization techniques and their applications.
 
 
Programa
1. A estrutura dos sólidos cristalinos
1.1 Estruturas cristalinas metálicas (construção de cristais tridimensionais a partir de camadas atômicas cristalinas bidimensionais; células unitárias; falhas de empilhamento e maclas; representações bidimensionais: vista plana)
1.2 Estruturas cristalinas em espaços unidimensionais e bidimensionais (sistemas cristalinos; redes; conceitos básicos de simetria; bases e redes; células primitivas e unitárias; aplicações práticas)
1.3 Estruturas cristalinas tridimensionais (os sete sistemas cristalinos; células unitárias primitivas; as quatorze redes de Bravais; os sistemas hexagonal, trigonal e romboédrico; estruturas intersticiais, estruturas de compostos binários importantes e algumas estruturas cristalinas mais complexas; a célula reduzida)
1.4 Planos da rede e direções em cristais (índices de Miller; lei da zona Weiss; índices de Miller-Bravais)
1.5 A estrutura cristalina de superfícies e interfaces (morfologia, relaxação e reconstrução de superfícies, faceting)
2. Fundamentos de simetria
2.1 Grupos pontuais; grupos espaciais; redes de Bravais, grupos espaciais e estruturas cristalinas
2.2 Simetrias cristalinas e propriedades
3. A rede recíproca
3.1 Correlações entre as redes direta e recíproca
3.2 A construção de Ewald
4. Fundamentos da difração de raios-X
4.1 Radiação eletromagnética: interferência e difração
4.2 Fontes de raios-X, filtros de raios-X, detectores de raios-X e técnicas de gravação
4.3 Radiação sincroton
5. A geometria da difração de raios-X
5.1 A equação de Bragg
5.2 Ordens mais elevadas da difração
5.3 A forma quadrática da lei de Bragg
6. Intensidade integrada e largura dos picos de difração
6.1 Fatores de forma atômicos (atom formfactors), fatores de deslocamento atômicos (atom displacement factors) e fatores de estrutura (structure factors)
6.2 A equação de Scherrer e a capacidade de resolução da técnica de difração
7. Métodos de difração de raios-X
7.1 Difração de raios-X em monocristais: Laue e os métodos de oscilação, rotação e precessão
7.2 Sistemas com detectores de área (area detector systems)
7.3 Método do pó: aspectos geométricos, difratogramas
8. Aplicações do método de difração do pó em materiais policristalinos
8.1 Medidas de parâmetros de rede
8.2 Identificação de fases desconhecidas
8.3 Medidas de tamanho de grão, medidas de tensões elásticas internas, orientações preferênciais
8.4 O método Rietveld
9. Outras técnicas de caracterização e suas aplicações
9.1 Difração de elétrons e de nêutrons
9.2 Técnicas de caracterização de superfícies cristalinas (scanning probe microscopies)
 
1. The structure of crystal solids
1.1 Metal crystal structures (constructing tridimensional crystals from bidimensional layers of atoms; unit cells; stacking faults and twins; representing crystals in projection: crystal plans)
1.2 Crystal structures in one and bidimensional spaces (crystal systems; lattices; basic concepts of symmetry; motifs and lattices; primitive and unit cells; practical applications)
1.3 Crystal structures in tridimensional space (the seven crystal systems; primitive unit cells; the 14 Bravais lattices; the hexagonal, trigonal and rhombohedral systems; interstitial structures, importante binary compound structures, and some more complex crystal structures; the reduced cell)
1.4 Lattice planes and directions in crystals (Miller indices; Weiss zone law; hexagonal Miller-Bravais indices)
1.5 The structure of crystal surfaces and interfaces (morphology, surface relaxation and surface reconstruction, faceting)
2. Basic concepts of symmetry
2.1 Point groups; space groups; Bravais lattices, space groups and crystal structures.
2.2 Crystal symmetry and properties
3. The reciprocal lattice
3.1 Correlations between direct and reciprocal lattices
3.2 The Ewald construction
4. Fundamentals of X-ray diffractometry
4.1 Electromagnetic radiation: interference and diffraction
4.2 X-ray sources, X-ray filters, X-ray detectors, and recording techniques
4.3 Synchroton radiation
5. The Geometry of X-ray diffaction
5.1 Bragg’s equation
5.2 Higher orders of diffraction
5.3 The quadratic form o Bragg’s equation
6. Integrated intensities and width of the diffraction peaks
6.1 Atom formfactors, atom displacement factors, and structure factors
6.2 Scherrer’s equation, and the resolving power of the diffraction technique
7. X-ray diffraction methods
7.1 Single crystal X-ray diffractometry: Laue, oscillation, rotation and precession methods
7.2 Area detector systems
7.3 X-ray powder diffractometry: geometrical aspects, diffratograms
8. Applications of X-ray powder diffractometry in polycrystalline materials
8.1 Lattice parameter measurements
8.2 Identification of unknown phases
8.3 Measurement of grain size, measurement of internal elastic strains, preferred orientation
8.4 The Rietveld method
9. Other characterization techniques and their applications
9.1 Electron, and neutron diffraction
9.2 Characterization techniques of crystal surface structures (scanning probe microscopies)
 
 
Avaliação
     
Método
Participação em aulas expositivas e dialogadas. Resolução de exercícios, discussões de questões conceituais e práticas dos tópicos abordados. Elaboração de provas dissertativas
Critério
M1 = (1xP1 + 2xP2 + 3xP3) / 6 >= 5,0
onde Pi é a nota da i-ésima prova.
Norma de Recuperação
M2 = 0,5 M1 + 0,5 PR >= 5,0
onde PR é nota obtida pelo aluno no trabalho de recuperação.
 
Bibliografia
     
1. Hammond, Christopher; "The Basics of Crystallography and Diffraction", 3rd edition, Oxford University Press Inc., New York, 2009. (ISBN: 978–0–19–954644–2)
2. Massa, Werner; "Crystal Structure Determination", 2nd edition, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2004. (ISBN 978-3-642-05841-7 and ISBN 978-3-662-06431-3 eBook)
3. Giacovazzo, C; Monaco H. L.; Viterbo, D.; Scordari, F.; Gilli, G.; Zanotti, G.; Catti, M.; "Fundamentals of Crystallography", Oxford University Press Inc., New York, 2002. (ISBN-10: 0198509588)
4. Suryanarayana, C.; Grant Norton, M.; "X-Ray Diffraction: A Practical Approach", Plenum Press, New York, 1998. (ISBN 0-303-45744-X)
5. Guinebretière, R.; "X-ray Diffraction by Polycrystalline Materials", ISTE Ltd. London, 2007 (ISBN-13: 978-1-905209-21-7)
6. Cullity, B. D.; Stock, S. R.; "Elements of X-Ray Diffraction", 3rd edition, Prentice Hall Inc., 2001. (ISBN 0-201-61091-4)
7. Padilha, A. F.; Ambrozio Filho, F.; "Técnicas de análise microestrutural", Editora Hemus Ltda., São Paulo, 1985.
 

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