Что такое рентгеновский дифрактометр?

Что такое рентгеновский дифрактометр?

Рентгеновский дифрактометр — это устройство, измеряющее явление дифракции, возникающее при облучении материала рентгеновскими лучами.

Рентгеновский дифрактометр состоит из рентгеновского генератора для генерации рентгеновских лучей, гониометра для измерения угла дифракции и детектора для измерения интенсивности рентгеновских лучей.

Их часто используют для измерения материалов с кристаллическими свойствами, таких как монокристаллы, порошки и тонкие пленки. Они используются в исследованиях, разработках и анализе различных материалов, включая органические материалы, неорганические материалы, сплавы и белки.

Применение рентгеновских дифрактометров

Рентгеновские дифрактометры используются для измерения дифракционных явлений, возникающих при облучении образца рентгеновскими лучами. Анализируя полученные дифракционные картины, можно оценить кристалличность, ориентацию и дефекты решетки образца.

Рентгеновские дифрактометры не подходят для измерения некристаллических материалов, таких как аморфные материалы, однако их можно использовать для измерения различных материалов, таких как кристаллические порошки, тонкие пленки и сплавы.

Принцип работы рентгеновских дифрактометров

Рисунок 1. Условия дифракции Брэгга

Рентгеновские лучи, падающие на материал, рассеиваются электронами в материале. В случае кристаллов и других материалов, в которых атомы расположены с некоторой степенью регулярности, рассеянные рентгеновские лучи интерферируют друг с другом, усиливая или ослабляя друг друга, и интенсивность рассеяния увеличивается только в определенном направлении. Это называется дифракцией рентгеновских лучей.

В рентгеновской дифракции известно, что интенсивность рассеяния рентгеновских лучей увеличивается, когда выполняется уравнение Брэгга 2d sinθ = nλ (d: шаг решетки θ: угол Брэгга n: целое число λ: длина волны облученного рентгеновского луча). Другими словами, если длина волны λ фиксирована, шаг плоскости решетки d может быть определен для различных углов дифракции 2θ (угол между падающими и дифрагированными рентгеновскими лучами). Таким образом, атомное расположение измеряемого материала проясняется из измеренной дифракционной картины.

Типы рентгеновских дифрактометров

Основными типами рентгеновских дифрактометров являются порошковые рентгеновские дифрактометры, монокристаллические рентгеновские дифрактометры и тонкопленочные рентгеновские дифрактометры. Они классифицируются в зависимости от способа облучения и обнаружения рентгеновских лучей.

1. Монокристаллический рентгеновский дифрактометр (SC-XRD)

Рисунок 2. Монокристаллический рентгеновский дифрактометр

В этом методе рентгеновские лучи облучаются, пока кристалл вращается вокруг определенной оси, и дифракционная картина измеряется как двумерное изображение. Трехмерную модель структуры кристалла можно получить, рассчитав полученную двумерную дифракционную картину с помощью специального программного обеспечения.

2. Порошковый рентгеновский дифрактометр (PXRD)

Рисунок 3. Порошковый рентгеновский дифрактометр

PXRD — это метод измерения, при котором угол падения облученных рентгеновских лучей и положение детектора перемещаются для получения данных интенсивности дифракции для угла дифракции 2θ. Он в основном используется для идентификации и качественного анализа веществ с известными дифракционными картинами. Это наиболее часто используемый метод измерения, поскольку он требует небольшого количества образца и его легко настроить.

3. Тонкопленочный рентгеновский дифрактометр (GI-XRD)

Это метод измерения, при котором угол падения облученных рентгеновских лучей фиксируется так, чтобы он был почти параллелен поверхности подложки, а детектор перемещается. Измерение в плоскости также может быть выполнено путем перемещения детектора в направлении, параллельном поверхности подложки. Поскольку влияние подложки относительно мало и можно получить информацию об области, близкой к поверхности, этот метод в основном используется для идентификации кристаллической структуры тонких пленок и интерфейсов, а также для качественного анализа.

Каждый из этих методов имеет различные характеристики, поэтому необходимо выбрать тот, который лучше всего подходит для цели использования и образца, который будет измеряться. В зависимости от цели использования может быть лучше использовать систему рассеяния рентгеновских лучей, которая является аналогичной измерительной системой. Другие вспомогательные устройства могут использоваться для изменения типа источника света и для изменения среды измерения, такой как температура и давление, во время выполнения измерений.