ASAXS - Helmholtz-Zentrum Berlin

8 Nanostruktur und nanochemische Analyse der getemperten Glaskeramiken
Tabelle 8.3: Übersicht der Zusammensetzungen der Glaskeramik sowie der Zusammensetzungen
der beiden Phasen (Glasmatrix und Partikel). Die blau geschriebenen Werte
sind aus der nichtlinearen Regression der Streukontraste bestimmt. Der Fehler
für die Zusammensetzung der einzelnen Phasen liegt in der Größenordnung von
10 %, wobei der Fehler für die leichten Elemente größer sein kann.
Chemische
Synthese Analyse Glasmatrix Partikel Verschiebung
B 0.0407 0.0325 0.03 - -
O 0.3163 0.4253 0.45 - -
F 0.3288 0.2518 0.23 0.64 -
Al 0.0438 0.0341 0.04 - -
Si 0.0657 0.0516 0.06 - -
Cd 0.0685 0.0701 0.07 - +2.0 eV
Pb 0.1001 0.0977 0.09 0.17 +0.0 eV
Er 0.0016 0.0015 - 0.02 +4.0 eV
Yb 0.0344 0.0355 0.03 0.17 +8.0 eV
Dichte 6.338 ± 0.005 6.26±0.15 7.45 ± 0.20
(g/cm 3 )
Volumen- 6.4 ± 0.9
anteil (%)
Für die Dichte der Glasmatrix wurde ein Wert von 6.26 ± 0.15 g/cm 3 gefunden. Die Nanoteilchen
haben hingegen eine höhere Dichte von 7.45 ± 0.20 g/cm 3 . Diese hohe Dichte der
Nanoteilchen kann durch deren Zusammensetzung erklärt werden. Die gemittelte Kristallzusammensetzung
ist Pb0.17Yb0.17Er0.02F0.64 mit einem Fehler von rund 10 %. Gemittelt in
diesem Zusammenhang bedeutet, dass es die gemittelte Zusammensetzung von mehr 10 10
Teilchen ist, welche typischerweise mit Kleinwinkelstreuung untersucht werden. Die EDX-
Untersuchungen von Kukkonen et al. (siehe Abb. 3.4) hingegen liefern die Zusammensetzung
eines ausgewählten Nanoteilchens, wobei nicht gewährleistet ist, dass das EDX-Signal ausschließlich
aus dieser Phase kommt. Die durchgeführte ASAXS-Auswertung hingegen liefert
eindeutig die Zusammensetzung der Teilchenphase ohne zusätzliche Einflüsse der Glasmatrix.
Prinzipiell bestätigt die ASAXS-Auswertung die Annahmen von Kukkonen et al., dass es sich
um einen Mischkristall aus PbF2, YbF3 und ErF3 handelt. Vorteil der ASAXS-Auswertung
ist, dass keine leichten Elemente in der Teilchenphase gefunden werden konnten (außer Fluor).
Die Annahme von Wang et al., dass es sich um einen PbxCd1−xF2 Kristall handelt, konnte
eindeutig widerlegt werden.
Die leichten Elemente, wie O, Si, Al und B, befinden sich ausschließlich in der amorphen
Glasmatrixphase, wie es prinzipiell zu erwarten war. Das gesamte Cadmium befindet sich
in der Glasmatrix. Das Cadmium bildet keine Hülle um die kristallinen Nanopartikel, da das
getestete Kern-Hülle Strukturmodell sich als inakzeptabel herausstellte. Die genaue chemische
Rolle des Cadmiums für die Nukleation und Kristallisation der Nanopartikel ist bis zum
jetzigen Zeitpunkt nicht vollständig verstanden. Weitere Untersuchungen von Glaskeramiken
mit wenigem oder ohne Cadmium könnten zur Beantwortung dieser Frage dienlich sein.
Die bestimmte Zusammensetzung der beiden Phasen ist in Übereinstimmung mit den qualitativen
Ergebnissen der XANES-Messungen (siehe Tabelle 7.3). Für die drei Elemente Er,
Yb und Pb lieferten die XANES-Messungen als wahrscheinlichste lokale Umgebung eine Fluoridumgebung.
Die Zusammensetzung der Nanopartikel zeigt, dass diese aus den Elementen
Er, Yb, Pb und F aufgebaut sind, d. h., die drei schweren Elemente werden sehr wahrschein-
114