Røntgendiffraktion (XRD): Principper, Output & Anvendelser

Røntgendiffraktion (XRD) er en fundamental ikke-destruktiv teknik til at bestemme den atomare og molekylære struktur af krystallinske materialer.

Princip

Når en monocromatisk røntgenstråle rammer en krystal, spredes den af de regelmæssigt placerede atomare planer. Konstruktiv interferens opstår på specifikke vinkler (θ), der opfylder Braggs Lov: nλ = 2d sinθ, hvor λ = bølgelængde, d = planafstand, n = heltal.

Output: Diffraktionsmønster

En detektor registrerer intensitet vs. spredningsvinkel (2θ). Det resulterende mønster af toppe er et fingeraftryk af krystalstrukturen:

• Toppositioner (2θ): Bestemmer gitterparametre og krystalsystem (kubisk, hexagonal, osv.).
• Topintensiteter: Afslører atompositioner i enhedscellen (struktur-faktor).
• Topbredder: Angiver krystallitstørrelse (Scherrer-ligning) og mikrostrain.

Anvendelser

• Faseidentifikation (kvalitativ/kvantitativ) via databaser (ICDD PDF-4+).
• Krystalstrukturbestemmelse (Rietveld-refinering).
• Restspændingsmåling.
• Tekstur (foretrukken orientering) analyse.
• Tyndfilm-tykkelse, tæthed og epitaksi.
• Farmaceutisk polymorf-screening.

Begrænsninger

• Kræver krystallinsk materiale (amorfaste stoffer giver brede haler).
• Begrænset penetration for meget tyng/tunge prøver.
• Overfladefølsomhed varierer med geometri (Bragg-Brentano vs. grazing incidence).