Что такое рентгеновская дифракция
Дифракция рентгеновских лучей (XRD) — это метод, используемый в материаловедении для определения кристаллографической структуры материала. Дифракция рентгеновских лучей работает, облучая материал падающими рентгеновскими лучами, а затем измеряя интенсивности и углы рассеяния рентгеновских лучей, которые покидают исследуемый материал.
Основное использование XRD — идентификация материалов на основе их дифракционной картины. Наряду с идентификацией фазы, XRD также дает информацию о том, как фактическая структура отклоняется от идеальной из-за внутренних напряжений и дефектов. По такому принципу устроенны все рентгенофлуоресцентные спектроментры, такие как XAN 500 или Bruker titan s1
Как это работает рентгеновская дифракция?
Кристаллы представляют собой регулярные массивы атомов, тогда как рентгеновские лучи можно рассматривать как волны электромагнитного излучения. Кристаллические атомы рассеивают падающие рентгеновские лучи, в основном за счет взаимодействия с электронами атомов. Это явление известно как упругое рассеяние; электроны тут выступают как рассеиватель. Регулярный массив рассеивателей производит регулярный массив сферических волн. В большинстве направлений эти волны компенсируют друг друга из-за деструктивных помех, однако они конструктивно складываются в нескольких конкретных направлениях, как определено законом Брэгга:
2dsin θ = n λ
Где d — расстояние между дифракционными плоскостями, θ {\ displaystyle \ theta} — угол падения, n — целое число, а λ — длина волны луча. Конкретные направления появляются как пятна на дифракционной картине, называемые отражениями. Следовательно, рентгенограммы являются результатом электромагнитных волн, падающих на регулярную матрицу рассеивателей.
Рентгеновские лучи используются для получения дифракционной картины, потому что их длина волны, λ, часто имеет тот же порядок величины, что и расстояние d между кристаллическими плоскостями (1-100 ангстрем).
Преимущества и применение рентгеновской дифракции
Рентгеновская дифракция — это неразрушающий метод, используемый для спектрометров к примеру Bowman
- Определить кристаллические фазы и ориентацию
- Определить структурные свойства:
— параметры решетки
— деформация
— размер зерна
— эпитаксия
— фазовый состав
— предпочтительная ориентация атомов
Что позволяет:
- Измерьте толщину тонких пленок и многослойных предметов .
- Определить расположение атомов, тем самым определить материал.
Также в настоящее время усовершенствованные дифрактометры могут делать следующие испытания и анализ:
- Анализ продуктов коррозии.
- Провести анализ фаз в термически напыленных порошках.
- Количественное определение фазового баланса (остаточный аустенит / дуплекс и т. д.)
- Определить угол падения для анализа тонких слоев на поверхности.
- Измерить структуру атомов и определить состав толщины в глубоких тонких слоя.
- Произвести неразрушающие измерения толщины.
- Произвести фазовые изменения с переменной влажностью и температурой.
- Сделать измерения остаточного напряжения.
- Измерить параметры решетки без напряжения.