Ποιες είναι οι αρχές της περίθλασης ακτίνων Χ;

Αρχές περίθλασης ακτίνων Χ:

Η περίθλαση ακτίνων Χ (XRD) είναι μια ισχυρή τεχνική που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της ατομικής και μοριακής δομής κρυσταλλικών υλικών. Βασίζεται στην αλληλεπίδραση των ακτίνων Χ με το ηλεκτρονικό σύννεφο ατόμων μέσα σε ένα κρυσταλλικό πλέγμα. Εδώ είναι οι θεμελιώδεις αρχές:

1. Κύμα-όπως η φύση των ακτίνων Χ:

* Οι ακτίνες Χ είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκη κύματος στην περιοχή από 0,1 έως 10 νανόμετρα.

* Παρουσιάζουν ιδιότητες που μοιάζουν με κύματα και μπορούν να υποβληθούν σε περίθλαση όταν αλληλεπιδρούν με αντικείμενα που διατίθενται τακτικά, όπως τα άτομα σε ένα κρυσταλλικό πλέγμα.

2. Μοτίβο διάθλασης:

* Όταν οι ακτίνες Χ περνούν από ένα κρυσταλλικό υλικό, είναι διάσπαρτα από τα ηλεκτρόνια που περιβάλλουν κάθε άτομο.

* Τα διάσπαρτα κύματα παρεμβαίνουν μεταξύ τους, δημιουργώντας ένα πρότυπο περίθλασης σε έναν ανιχνευτή.

* Αυτό το μοτίβο αποτελείται από φωτεινά σημεία (κορυφές) και σκοτεινές περιοχές (κοιλότητες), οι οποίες είναι ειδικές για την κρυσταλλική δομή και τον προσανατολισμό.

3. Ο νόμος του Bragg:

* Ο νόμος του Bragg εξηγεί τη σχέση μεταξύ της γωνίας επίπτωσης (θ), του μήκους κύματος των ακτίνων Χ (λ) και της απόστασης μεταξύ των ατομικών επιπέδων (d) στο κρυσταλλικό πλέγμα:

nλ =2d sinθ

* Όπου το 'n' είναι ένας ακέραιος που αντιπροσωπεύει τη σειρά της περίθλασης.

* Αυτός ο νόμος προβλέπει τις γωνίες στις οποίες εμφανίζονται εποικοδομητικές παρεμβολές, με αποτέλεσμα τις παρατηρούμενες κορυφές στο πρότυπο περίθλασης.

4. Αμοιβαίο πλέγμα:

* Το πρότυπο περίθλασης σχετίζεται με το αμοιβαίο πλέγμα του κρυστάλλου, το οποίο είναι μια μαθηματική αναπαράσταση της κρυσταλλικής δομής στον αμοιβαίο χώρο.

* Οι θέσεις των κορυφών στο πρότυπο περίθλασης αντιστοιχούν σε σημεία στο αμοιβαίο πλέγμα.

5. Ανάλυση δεδομένων περίθλασης:

* Με την ανάλυση του μοτίβου περίθλασης, οι επιστήμονες μπορούν να καθορίσουν:

* Οι διαστάσεις των κυττάρων μονάδας (A, B, C, α, β, γ)

* Η διάταξη των ατόμων εντός του κυττάρου μονάδας (Space Group)

* Οι θέσεις των ατόμων εντός του κυττάρου μονάδας (ατομικές συντεταγμένες)

* Η παρουσία οποιωνδήποτε ελαττωμάτων ή ακαθαρσιών στην κρυσταλλική δομή

Βασικές εφαρμογές περίθλασης ακτίνων Χ:

* Χαρακτηρισμός υλικού: Προσδιορισμός της κρυσταλλικής δομής, της ταυτοποίησης φάσης και του πολυμορφισμού.

* κρυσταλλογραφία: Επίλυση των ατομικών δομών μορίων και πρωτεϊνών.

* Ανάλυση στρες: Προσδιορισμός των επιπέδων υπολειπόμενης τάσης στα υλικά.

* περίθλαση σκόνης: Προσδιορισμός και ποσοτικοποίηση των κρυσταλλικών φάσεων σε σύνθετα μίγματα.

* Ανάλυση λεπτού φιλμ: Προσδιορισμός της δομής και του πάχους των λεπτών μεμβρανών.

Συνοπτικά, η περίθλαση ακτίνων Χ είναι ένα ισχυρό εργαλείο για την κατανόηση της ατομικής και μοριακής δομής κρυσταλλικών υλικών. Χρησιμοποιώντας τη φύση των ακτίνων Χ και την εφαρμογή του νόμου του Bragg, μπορούμε να αναλύσουμε το πρότυπο περίθλασης για να αποκτήσουμε πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τη ρύθμιση και τις ιδιότητες των υλικών.