Hvad er principperne for X Ray -diffraktion?

Principper for røntgenstrålediffraktion:

Røntgenstrålediffraktion (XRD) er en kraftfuld teknik, der bruges til at bestemme atom- og molekylstrukturen af ​​krystallinske materialer. Det er afhængig af samspillet mellem røntgenstråler med elektronskyen af ​​atomer inden for en krystalgitter. Her er de grundlæggende principper:

1. Bølgelignende natur af røntgenstråler:

* Røntgenstråler er elektromagnetisk stråling med bølgelængder i området 0,1 til 10 nanometer.

* De udviser bølglignende egenskaber og kan gennemgå diffraktion, når de interagerer med regelmæssigt fordelt genstande, som atomer i et krystalgitter.

2. Diffraktionsmønster:

* Når røntgenbilleder passerer gennem et krystallinsk materiale, er de spredt af elektronerne, der omgiver hvert atom.

* De spredte bølger forstyrrer hinanden og skaber et diffraktionsmønster på en detektor.

* Dette mønster består af lyspunkter (toppe) og mørke områder (trug), som er specifikke for krystalstrukturen og orienteringen.

3. Braggs lov:

* Braggs lov forklarer forholdet mellem forekomstvinklen (θ), bølgelængden af ​​røntgenstråler (λ) og afstanden mellem atomplaner (d) i krystalgitteret:

nλ =2d sinθ

* Hvor 'N' er et heltal, der repræsenterer rækkefølgen af ​​diffraktion.

* Denne lov forudsiger de vinkler, hvorpå konstruktiv interferens forekommer, hvilket resulterer i de observerede toppe i diffraktionsmønsteret.

4. Gensidig gitter:

* Diffraktionsmønsteret er relateret til den gensidige gitter i krystallen, som er en matematisk repræsentation af krystalstrukturen i det gensidige rum.

* Toppens positioner i diffraktionsmønsteret svarer til punkter i det gensidige gitter.

5. Analyse af diffraktionsdata:

* Ved at analysere diffraktionsmønsteret kan forskere bestemme:

* Enhedscelledimensionerne (A, B, C, α, β, γ)

* Arrangementet af atomer inden for enhedscellen (rumgruppe)

* Atomernes positioner inden for enhedscellen (atomkoordinater)

* Tilstedeværelsen af ​​defekter eller urenheder i krystalstrukturen

nøgleanvendelser af røntgenstrålediffraktion:

* Materiel karakterisering: Bestemmelse af krystalstruktur, faseidentifikation og polymorfisme.

* krystallografi: Løsning af atomstrukturer af molekyler og proteiner.

* Stressanalyse: Bestemmelse af de resterende stressniveauer i materialer.

* pulverdiffraktion: Identificering og kvantificering af krystallinske faser i komplekse blandinger.

* tynd filmanalyse: Bestemmelse af strukturen og tykkelsen af ​​tynde film.

Sammenfattende er røntgenstrålediffraktion et kraftfuldt værktøj til at forstå atomisk og molekylær struktur af krystallinske materialer. Ved at bruge røntgenstrålernes bølgetlignende karakter og anvende Braggs lov, kan vi analysere diffraktionsmønsteret for at få værdifuld information om materialernes arrangement og egenskaber.