Was ist Röntgenbeugung (XRD)?

Röntgenbeugung(XRD) ist eine wichtige Methode zur Untersuchung der Phase und Kristallstruktur einer Substanz. Wenn eine Substanz (kristallin oder nichtkristallin) einer Beugungsanalyse unterzogen wird, wird die Substanz mit Röntgenstrahlen bestrahlt, um unterschiedliche Grade von Beugungsphänomenen zu erzeugen, die Materialzusammensetzung, Kristalltyp, intramolekulare Bindungsart, molekulare Konfiguration, Konformation und andere Materialeigenschaften bestimmen spezifisches Beugungsmuster der Substanz.

Die Vorteile der XRD-Technologie liegen darin, dass die Probe nicht beschädigt wird, keine Verschmutzung entsteht, sie schnell ist, eine hohe Messgenauigkeit aufweist und viele Informationen über die Kristallintegrität erhalten kann. Deshalb,XRD, als moderne wissenschaftliche Methode vonAnalyse der Materialstruktur und -zusammensetzung, wurde in der Forschung und Produktion verschiedener Disziplinen häufig eingesetzt.

Grundprinzipien der Röntgenbeugung (XRD)

Wenn ein monochromatischer Röntgenstrahl auf einen Kristall einfällt, hat der Abstand zwischen diesen regelmäßig angeordneten Atomen die gleiche Größenordnung wie die Wellenlänge des einfallenden Röntgenstrahls, da der Kristall aus einer Zelle regelmäßig angeordneter Atome besteht Von verschiedenen Atomen gestreute Röntgenstrahlen interferieren miteinander, was zu einer starken Röntgenbeugung in einigen speziellen Richtungen sowie zu Azimut und Intensität der Beugungslinien in der räumlichen Verteilung führt. Es steht in engem Zusammenhang mit demKristallstruktur.

Das Beugungsmuster eines Kristalls weist seinem Prinzip nach zwei Hauptmerkmale auf: die Verteilung der Beugungslinie im Raum und die Intensität des Beugungsstrahls. Die Verteilung der Beugungslinie wird durch die Größe, Form und Ausrichtung der Zelle bestimmt, und die Intensität der Beugungslinie hängt von der Art der Atome und ihrer Position in der Zelle ab. Daher haben verschiedene Kristalle unterschiedliche Beugungsmuster.

Braggs Gesetz: Der Wellenwegunterschied zwischen zwei Wellen beträgt 2dsinθ, und wenn der Wellenwegunterschied ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ist, ist 2dsinθ=nλ (n= 0,1,2,3...) Wenn θ der Einfall ist Winkel, d ist der Kristallebenenabstand, n ist die Beugungsordnung, λ ist die Wellenlänge des einfallenden Strahls und 2θ ist der Beugungswinkel, die Phase der gestreuten Welle ist gleich und verstärkt sich gegenseitig. Alle Streuwellen, die das Braggsche Gesetz erfüllen, haben genau die gleiche Phase und ihre Amplituden verstärken sich gegenseitig, sodass Beugungslinien in der Richtung des einfallenden Strahls in einem Winkel von 2θ erscheinen. Die Amplituden der Streulinien in anderen Richtungen heben sich gegenseitig auf und die Intensität der Röntgenstrahlung wird verringert oder gleich Null.

Die Bragg-Gleichung gibt auf prägnante Weise die Beugungsrichtung des Röntgenstrahls an. Das heißt, wenn der Winkel zwischen dem einfallenden Röntgenstrahl und einer Kristallebene (hkl) im Kristall die Brager-Gleichung erfüllt, werden Beugungslinien in Richtung des reflektierten Strahls erzeugt und umgekehrt.

Geräte zur Röntgenbeugung (XRD).

Das Röntgendiffraktometer Ausrüstung besteht aus einem Röntgenerzeugungssystem (das Röntgenstrahlen erzeugt), einem Winkelmess- und -erkennungssystem (das 2θ misst und Beugungsinformationen erhält) sowie einem Aufzeichnungs- und Datenverarbeitungssystem, die alle zusammenarbeiten, um das Beugungsmuster auszugeben. Das Goniometer ist die Kernkomponente, die kompliziert herzustellen ist und sich direkt auf die Genauigkeit experimenteller Daten auswirkt.