ASAXS - Helmholtz-Zentrum Berlin

7 Experimentelle Ergebnisse der getemperten Glaskeramiken
In diesem q-Bereich ist eine Schulter im Verlauf der Streukurve zu erkennen, welche auf
wenige Nanometer große Strukturen oder Partikel hinweist. Der Verlauf der Streukurve der
Probe S4, welche 90 Minuten bei 405 ◦ C getempert worden ist, ist nahezu identisch mit dem
Verlauf der Streukurve der Probe S3. Daraus folgt, dass innerhalb der ersten 30 Minuten die
Nanopartikel im Glas entstehen, wobei sich der Prozess eventuell mit zunehmender Temperzeit
verlangsamt.
Als Vergleich zu den bei 405 ◦ C getemperten Proben ist in Abbildung 7.3a die Streukurve
der Probe S9 dargestellt, welche bei 450 ◦ C für 2 Stunden getempert worden ist. Diese Probe
zeigt prinzipiell denselben Verlauf. Die Schulter hat sich zu kleineren q-Werten hin verschoben,
was mit einem Wachstum der Nanopartikel erklärt werden kann. Des Weiteren ist die
Schulter eher ein Maximum, was ein Indiz für eine mögliche interpartikuläre Wechselwirkung
zwischen den Nanoteilchen darstellt. Dieses würde bedeuten, dass sich der Volumenanteil an
Nanoteilchen stark erhöht hat. Weiterhin kann dieses auch die um 2 Größenordnungen höheren
differenziellen Streuquerschnitte der Probe S9 im Gegensatz zu den anderen Proben
erklären.
Die klassische Darstellungsform von Kleinwinkelstreuintensitäten dσ/dΩ(q) als Funktion
von q in einem doppellogarithmischen Graphen hat für relativ stark streuende Probensysteme
den Nachteil, dass der differenzielle Streuquerschnitt dσ/dΩ(q) über mehrere Größenordnungen
variiert, wodurch Modulationen der Streukurven nahezu nicht wahrzunehmen sind.
Ähnliche Probleme gibt es auch bei EXAFS-Messungen. Für EXAFS-Spektren χ(k) wurde
deshalb eine Gewichtung des Spektrums mit dem Wellenvektor k, k 2 oder k 3 eingeführt.
Ein ähnliches Konzept wird für die gemessenen differenziellen Streuquerschnitte dσ/dΩ(q)
adaptiert. Hierfür wird der Streuquerschnitt dσ/dΩ(q) mit q n multipliziert, wobei n im Bereich
von 1 bis 4 liegen kann. Der genaue Wert des Exponenten n hängt vom Verlauf der Streukurve
bei großen q-Werten ab. Für die in dieser Arbeit gemessenen Streukurven ist der optimale
Exponent n = 2. In Abbildung 7.3b sind die identischen Streukurven wie bereits in Abbildung
7.3a dargestellt aber mit der Gewichtung q 2 des differenziellen Streuquerschnittes. Der Verlauf
der gewichteten Streukurven zeigt mehr Strukturen als in der klassischen Darstellung, für das
hier vorliegende Probensystem.
Die Probe S2 weist ein schwach ausgeprägtes verbreitertes Maximum bei einem q-Wert
von 1.5 nm −1 auf. In Abbildung 7.3b ist eine graue gestrichelte Hilfslinie eingezeichnet, um
dies besser sichtbar zu machen. Das schwache Maximum ist ein Indikator, dass bereits nach
einer Temperung von 15 Minuten bei 405 ◦ C Nanoteilchen im Glas existieren. Aus der zu
erkennenden Schulter in Abb. 7.3a für die Probe S3 und S4 ist in der gewichteten Abb. 7.3b
ein Maximum geworden. Die grauen Pfeile in Abb. 7.3b zeigen die Richtung der Verschiebung
des Maximums mit zunehmender Temperdauer an.
Wenn nicht anders angegeben sind alle folgenden differenziellen Streuquerschnitte in der gewichteten
Darstellung mit einem Exponenten n = 2 dargestellt. Die in Abb. 7.3 dargestellten
Streukurven, welche bei einer fest eingestellten Röntgenenergie von 7880.5 eV aufgenommen
worden sind, weisen eine deutliche Kleinwinkelstreuung auf, d. h., es gibt Nanometer große
Strukturen in den Glaskeramiken, deren Dimension von der Temperdauer abhängt. Mit zunehmender
Temperdauer werden die Strukturen größer, was auf Wachstumsprozesse hinweist.
Weiterhin lässt sich aus dem Verlauf der Kurven schlussfolgern, dass die Strukturen nicht
monodispers sind; vielmehr wird es eine Größenverteilung für die Dimension der Strukturen
geben. Wären die Strukturen monodispers, dann müssten mehrere Minima und Maxima zu
erkennen sein, wie in Abb. 2.2 dargestellt. Eine quantitative Bestimmung der Strukturparameter,
wie Größe und Form der Teilchen, wird im nächsten Kapitel ausführlich diskutiert.
Um die Fragestellung der Zusammensetzung der einzelnen Phasen in der Glaskeramik zu
beantworten, ist vor allem die Energieabhängigkeit der differenziellen Streuquerschnitte von
Bedeutung. Im Folgenden werden die korrigierten und kalibrierten differenziellen Streuquer-
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