Hvordan kan røntgendiffraktion bruges til en pålidelig undersøgelse af nanostrukturerede materialer?

På grund af deres unikke fysiske egenskaber er nanostrukturerede materialer nu på forkant med materialevidenskab. Flere forskellige teknikker kan bruges til at karakterisere deres mikroskopiske træk, men hver af disse har sine fordele og ulemper. I ny forskning offentliggjort i The European Physical Journal Special Topics , Jenő Gubicza ved ELTE Eötvös Loránd University, Budapest, viser, at en indirekte metode, kaldet X-ray diffraction line profile analysis (XLPA) er egnet til at analysere nanostrukturerede materialer, men dens anvendelse og fortolkning kræver særlig omhu for at opnå pålidelige konklusioner.

Nanostrukturerede materialer består af korn i nanoskala, hver sammensat af et velordnet atomgitter. Nyttige egenskaber stammer fra pludselige ændringer i arrangementerne af atomer i disse gitter, kaldet "defekter". For at finjustere en nanostrukturs materialeegenskaber kan forskere kontrollere tætheden af ​​disse defekter ved et passende udvalg af nanomaterialers behandlingsbetingelser.

For at sammenligne defekttæthederne introduceret af begge disse tilgange måler XLPA, hvordan røntgenstråler diffrakteres af mikrostrukturerne indeholdt i materialerne, når de passerer igennem. Bekymringen her er, om informationen om defektstruktur opnået af XLPA er pålidelig, da denne metode kun studerer materialet indirekte gennem spredning af røntgenstråler. Alternativt kan transmissionselektronmikroskopi (TEM) give meget detaljerede billeder af disse mikrostrukturer, men kan kun bruges til at studere bittesmå volumener.

I sin analyse sammenligner Gubicza de mikrostrukturer, der er bestemt indirekte gennem XLPA, med dem, der opnås direkte gennem TEM. På den ene side fandt han, at defekttæthederne bestemt af de to metoder stemmer godt overens. På den anden side, mens kornstørrelsen målt ved begge teknikker har tendens til at divergere i materialer med større kornstørrelser, var de stort set enige med hinanden for kornstørrelser mindre end 20 nanometer. I disse tilfælde viste XLPA korrekt, at både top-down og bottom-up behandlingsmetoder af nanomaterialer kan producere tilsvarende høje defekttætheder. Samlet set giver Gubiczas oversigt forskerne nyttig vejledning om, hvordan og hvornår XLPA skal anvendes. + Udforsk yderligere

Særlig røntgenteknik gør det muligt for forskere at se 3D-deformationer