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Oggetto:
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Advanced Diffraction Methods for Applications

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Advanced Diffraction Methods for Applications

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Anno accademico 2021/2022

Codice dell'attività didattica
CHI0165
Docente
Linda Pastero (Titolare del corso)
Corso di studi
Scienza e Tecnologia dei Materiali
Anno
3° anno
Periodo didattico
Secondo semestre
Tipologia
A scelta dello studente
Crediti/Valenza
4
SSD dell'attività didattica
GEO/06 - mineralogia
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Inglese
Modalità di frequenza
Frequenza alle lezioni facoltativa. Frequenza al laboratorio obbligatoria
Tipologia d'esame
Orale e relazione laboratorio
Prerequisiti

Basics of crystallography and diffraction

Fondamenti di cristallografia e diffrazione
Mutuato da
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

After attending the course (theoretical lessons and laboratory sessions with practical activities), the student will be able to:

  1. Describe the main applications of X-ray diffraction.
  2. Describe the main instrumental configurations (laboratory instruments) with particular attention to the optics, related aberrations, and their effect on the experimental data.
  3. Recognize the main effects of the instrumental configuration on the quality of the diffraction pattern and, consequently, propose solutions to artifacts and improvements in the experimental setup.
  4. Apply the knowledge acquired to Material Science issues

Dopo aver seguito il corso (lezioni teoriche e laboratorio) gli studenti dovranno essere in grado di:

  1. Descrivere le principali applicazioni della diffrazione dei raggi X
  2. Descrivere le principali configurazioni (strumenti di laboratorio) con particulate attenzione alle ottiche, aberrazioni da esse indotte e loro effetto sui dati sperimentali
  3. Riconoscere I principali effetti della configurazione strumentale sulla qualità del pattern di diffrazione e, conseguentemente, proporre soluzioni agli artefatti e miglioramenti del setup sperimentale
  4. Applicare le conoscenze acquisite ai problemi delle Scienze dei Materiali
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Risultati dell'apprendimento attesi

KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING

The course aims to stimulate the student to understand the relationships between theoretical concepts of crystallography and diffraction and their experimental evidence. For this reason, the laboratory sessions will be an integral part of the course.

APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING

A didactic path is proposed that goes from understanding to applying the concepts learned to:

  1. Diffractometric analysis techniques from powders with particular reference to the theoretical basis and their evidence in the lab.
  2. Qualitative analysis of a powder diffraction pattern 
  3. Crystal structure refinement (Rietveld method) on synthetic and natural materials using X-ray powder diffraction as a reference technique both in R&D and quality analysis laboratories
  4. Quantitative analysis of mixtures of inorganic crystalline phases (included the amorphous fraction quantification)
  5. Texture analysis
  6. Line broadening analysis (grain size and microstrain)

CONOSCENZE E COMPRENSIONE

Il corso ha lo scopo di stimolare gli student alla compression delle relazioni tra concetti teorici della cristallografia e diffrazione e le loro evidenze sperimentali. Per questa ragione il laboratorio è parte integrante del corso.

APPLICAZIONE DELLE CONOSCENZE E DELLA COMPRENSIONE

E' proposto un percorso didattico che va dalla comprensione all'applicazione di concetti appresi a:

  1. Analisi diffrattometrica su polveri con particulate attenzione alle basi teoriche e alle loro applicazioni in laboratorio
  2. Analisi qualitativa di un pattern di diffrazione da polveri
  3. Affinamento di una struttura cristallina (Metodo Rietveld) su material sintetici e natural utilizzando la diffrazione di raggi X come tecnica di riferimento in laboratori di ricerca e di controllo qualità
  4. Analisi quantitative di miscele di fasi cristalline inorganiche (inclusa l'analisi quantitative della frazione amorfa)
  5. Analisi tessiturale
  6. Studio della forma di picco (taglia dei cristalliti e microdeformazione) 
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Modalità di insegnamento

Lectures and Laboratory

Online streaming @ https://unito.webex.com/meet/linda.pastero

 

The program addressed during classes will be thoroughly revisited during the laboratory sessions.

Lezioni frontali e laboratorio

Online streaming @ https://unito.webex.com/meet/linda.pastero

 

Il program affrontato durante le lezioni frontali sarà rivisto durante il laboratorio

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Modalità di verifica dell'apprendimento

During the oral exam will be discussed all the topics considered during the classes, starting from a practical case (indexing, refinement, or qualitative-quantitative analysis, texture, size/microstrain analysis).

Laboratory reports will be presented at the end of the course, and their relevance, completeness, and personal re-elaboration will be considered in the final assessment.

 


If not in attendance, candidates will take the exam orally on the Webex platform with screen sharing and active registration.

Durante l'esame orale saranno discussi tutti gli aromenti affrontati nelle lezioni frontali, iniziando da casi pratici (indicizzazione, affinamento, analisi qualitativa-quantitativa, analisi tessiturale, di taglia e di deformazione).

Alla fine del corso verranno presentate delle schede di labratorio. La qualità di queste schede sarà parte integrante nella valutazione dello studente.  

 

Se non in presenza, i candidati sosterranno l'esame orale sulla piattaforma Webex condividendo lo schermi e con la registrazione attiva. 

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Attività di supporto

The teacher is available by appointment to discuss, repeat, and clarify the concepts explained in class and the laboratory activities.

 

L'insegnante è a disposizione su appuntamento per discutere, ripetere e chiarire I concetti spiegati durante le lezioni frontali e il laboratorio

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Programma

Recap of crystallography: Crystalline systems and classes. Diffraction principles.

Diffraction from powders: Conventional sources, optics, and detectors. Parafocusing and transmission geometries. Notes on non-conventional sources.

Qualitative analysis: Identification of crystalline phases in polycrystalline mixtures. Databases. Use of the free QUALX program for phase identification in crystalline mixtures.

The Rietveld method: Quantitative, structural, and textural analysis. Use of structural refinement programs: an overview of the main structural refinement programs with particular reference to the free GSASII program. Notes on the indexing of crystalline phases.

The line broadening analysis: grain size and microstrain analysis with particular reference to the Williamson-Hall (W-H) method

Laboratory: Acquisition of data on laboratory instruments for research and routine analysis, with particular attention to the configurations of the optics and their effect on the experimental data. Notes on single-crystal diffraction.

Identification of crystalline phases in polycrystalline mixtures. Exercises on structural and quantitative analysis on X-ray powder patterns collected during the laboratory sessions: structural refinement of crystalline phases, multiphase mixtures, mixtures containing amorphous. Texture, grain size, and microstrain analysis on XRPD patterns collected during laboratory practices. Indexing of diffraction patterns. Pattern decomposition and its crystallographic meaning 

Ripasso di cristallografia: Sistemi e classic cristalline. Principi di diffrazione

Diffrazione da polveri: Sorgenti convenzionali, ottiche e detector. Geometria parafocalizzante e a transmission. Cenni sulle sorgenti non convenzionali. 

Analisi qualitativa: Identificazione delle fasi cristalline in miscele. basi di dati. Uso del program libero QUALX per l'identificazione delle fasi.

Il metodo Rietveld: Analisi quantitative, strutturale e tessiturale. Uso di program di affinamento strutturale con riferimento particulate al program GSASII. Note sull'indicizzazione.

Analisi dell'allargamento dei picchi: taglia dei crisalliti, microdeformazione con riferimento in particulate al metodo Williamson-Hall (W-H)

Laboratorio: Acquisizione di dati su strumenti di laboratorio per analisi di routine e di ricerca, con particolare attenzione alla configurazione delle ottiche e al loro effetto sui dati sperimentali. Cenni di diffrazione su cristallo singolo.

Identificazione di fasi cristalline in miscele. Esercizi di affinamento strutturale e analisi quantitativa su dati raccolti in laboratorio: affinamento strutturale, miscele multifase e miscele contenenti una fase amorfa. Analisi tessiturale, taglia dei cristalliti e microdeformazione su diffrattogrammi raccolti durante il laboratorio. Indicizzazione di diffrattogrammi. Decomposizione di diffrattogrammi e suo significato cristallografico. 

Testi consigliati e bibliografia

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C. Hammond - The Basics of Crystallography and Diffraction. IUCr-Oxford Science Pubblications

R.A. Young – The Rietveld method. Oxford Science Publication.

V.K. Pecharsky, P.Y. Zavalij - Fundamentals of powder diffraction and structural characterization of materials. Springer

 



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Orario lezioni

Lezioni: dal 14/03/2022 al 10/06/2022

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Note

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Ultimo aggiornamento: 16/03/2022 13:02