Filtern
Dokumenttyp
- Vortrag (15) (entfernen)
Sprache
- Englisch (10)
- Deutsch (4)
- Mehrsprachig (1)
Referierte Publikation
- nein (15) (entfernen)
Schlagworte
- XRD (15) (entfernen)
Organisationseinheit der BAM
Eingeladener Vortrag
- nein (15)
High Speed X-ray Imaging and Spectroscopy with pnCCDs: XRF, XRD and PIXE measurements (and others)
(2016)
For many years pnCCDs have been well known as X-ray detectors for spectroscopic imaging in
many fields of science: X-Ray Fluorescence analysis (XRF), X-ray Diffraction (XRD) with light
sources in large accelerator facilities as well as with laboratory light sources or with X-rays from
celestial sources in X-ray astronomy. A brief introduction in GEXRF (Grazing Emission XRF)
measurements with a laboratory laser produced plasma source will be given, PIXE (Particle Induced
X-ray Emission) measurements and D2XRF (Double Dispersive X-Ray Fluorescence) and Slicing
experiments with pnCCDs coupled to polycapillary optics performed at the BESSY synchrotron will
be shown. Energy-dispersive Laue diffraction with ultra-hard X-rays for the analysis of defects
in metals will conclude the overview of spectroscopic X-ray imaging measurements in the field of
structure and dynamics of matter.
Mechanochemistry is increasingly used for synthesizing soft matter materials including metal organic compounds and cocrystals. The ever-increasing interest in this method is contrasted by a limited mechanistic understanding of the mechanochemical reactivity and selectivity. Time-resolved in situ investigations of milling reactions provide direct insights in the underlying mechanisms. We recently introduced a setup enabling in situ investigation of mechanochemical reactions using synchrotron XRD combined with Raman spectroscopy. The specific combination allows to study milling processes comprehensively on the level of the molecular and crystalline structure and thus obtaining reliable data for mechanistic studies. In this contribution, I will discuss our recent results investigating the formation of (polymorphic) cocrystals and metal phosphonates. First investigations of a mechanochemical synthesis under controlled temperature which allow determining the activation barrier are presented. Furthermore, in situ Raman spectroscopy coupled with thermography revealed a low temperature increase during milling reactions due to the mechanical impact and clear temperature increases as a result of the reaction heat.5 Our results indicate that in situ investigation of milling reactions offer a new approach to tune and optimize mechanochemically synthesized compounds.
Mechanochemistry is a fast and efficient method applicable for the synthesis of new organic[1], metal-organic[2], and inorganic[3] compounds. The direct monitoring of milling reactions is still challenging. The underlying reaction mechanisms remain often unclear. In the last years, have established a tandem in situ approach for investigating mechanochemical reactions using time-resolved in situ XRD coupled with Raman spectroscopy.[4] Here, we present an in situ coupling of synchrotron XRD, Raman spectroscopy, and thermography allowing the observation of mechanochemical reactions in real time.[5] Information on the crystalline, molecular, and temperature state of the materials during grinding could be collected. The chemical composition of the reaction mixture was found to be directly correlated with changes in the temperature profile of the reaction. Furthermore, the presented setup allows the detection of crystalline, amorphous, eutectic as well as liquid intermediates. The resulting deeper kinetic and thermodynamic understanding of milling processes is the key for future optimization of mechanochemical syntheses.
UHPC (engl. ultra-high-performance concrete) bietet außergewöhnliche Eigenschaften, die sich durch eine optimierte Wärmebehandlung weiter verbessern lassen. Wie bei normalen Beton beschleunigt eine Wärmebehandlung den Aushärteprozess und reduziert das Schrumpfen. Durch Ausbildung eines dichteren Gefüges wird weiterhin die Druckfestigkeit und die Resistenz gegenüber Umwelteinflüssen erhöht.
Die Art der Wärmebehandlung wird durch die Parameter: Temperatur, Druck, Wasserdampfsättigung und Dauer definiert und hat einen entscheiden Einfluss auf die Phasenentwicklung und damit auf die makro- und mikroskopischen Eigenschaften des UHPCs. Auch die Dauer und Art der Vorlagerung des UHPCs vor der thermischen Behandlung sind von Bedeutung.
Ziel der vorgestellten Untersuchung war der Vergleich und die Optimierung verschiedener Wärmebehandlungsarten mit Blick auf die Druckfestigkeits- und Phasenentwicklung. Dafür wurden UHPC-Zylinder und Prismen hergestellt und ungeschützt bzw. in Folie eingeschweißt bei 90 °C im Ofen, im Heißwasserbad, sowie alternativ bei 185 °C und 1.1 MPa im Autoklaven wärmebehandelt. Zusätzlich wurde die Vorlagerungs- und die Behandlungszeit systematisch variiert.
Die Ergebnisse zeigen, dass eine praxisnahe Wärmebehandlung im Ofen (kurze Vorlagerungs- und Behandlungszeit, Verdunstungsschutz durch Einschweißen in Folie) zwar zu einer stark erhöhten Frühfestigkeit führt, aber die Langzeitfestigkeit wird nicht signifikant erhöht. Erst längere Behandlungszeiten verbunden mit intensiviertem Schutz gegen das Austrocknen führen darüber hinaus zu deutlich erhöhten Langzeitfestigkeiten. Nach der Autoklavierung dagegen wurden Festigkeitszuwächse von bis zu 30 % gemessen.
Die röntgenographisch nachgewiesene Phasenentwicklung wird in beiden Behandlungsarten durch die Limitierung des zur Verfügung stehenden Wassers bestimmt. Bei der Wärmebehandlung im Ofen wird das durch den Ettringitzerfall freigesetzte Wasser für die puzzolanische Reaktion der Mikrosilika verbraucht, reicht aber für eine weitere Reaktion der Klinkerphasen nicht aus. Bei der hydrothermalen Behandlung dagegen zeigen die Veränderungen im Phasenbestand sowohl eine Intensivierung der puzzolanischen als auch der hydraulischen Reaktion. Der für autoklavierte Baustoffe charakteristische Tobermorit konnte jedoch nicht im Probeninneren, sondern nur als Belag auf der Probenoberfläche nachgewiesen werden. Ursächlich hierfür ist vermutlich wiederum das zu geringe Wasserangebot im Gefüge des UHPC.
Perhaps due in no small part to its historical mystique, mechanochemistry has been shrowded in relative obscurity for quite some time. The successes of mechanochemistry in organic synthesis have often been curtailed by a fundamentally limited mechanistic understanding. Lately, however, the community has made great strides towards understanding the fundamentals, as well as large steps forward regarding industrially significant scale-up via twin-screw extrusion. A variety of recent work has traded in some of mechanochemistry’s mystique for simple, straight-forward chemical guidelines.