El difractómetro de rayos X (xrd) se basa en el principio de difracción de Praga y revela la estructura cristalina, la composición de la fase física y el Estado de estrés de la materia midiendo la señal de difracción de los rayos X en el cristal. Su principio de trabajo central se puede desmontar en los siguientes enlaces:

I. generación de rayos x: conversión de energía de los electrones de alta velocidad que golpean el objetivo

Xrd utiliza un tubo de rayos X como fuente de luz, cuyo cátodo emite un flujo de electrones de alta velocidad y golpea objetivos anódicos (como objetivos de cobre) a la aceleración de un campo eléctrico de alta tensión de decenas de miles de voltios. Los electrones interactúan con los electrones internos de los átomos objetivo, lo que hace que los electrones internos se estimulen, y los electrones externos liberan rayos X de longitud de onda específica cuando saltan para llenar vacantes. Por ejemplo, el objetivo de cobre produce una longitud de onda de rayos k alfa de 0154 nm, que es adecuada para la mayoría de los análisis de estructura cristalina.

II. difracción de cristales: efectos de interferencia de la disposición periódica de los átomos

Cuando los rayos X monocromáticos irradian el cristal, los átomos dispuestos regularmente en el cristal se convierten en fuentes de dispersión. La longitud de onda de los rayos X dispersos por cada átomo es la misma que la onda incidente, pero la fase varía según la posición del átomo. Debido a la periodicidad de la estructura cristalina, las ondas dispersas interfieren en una dirección específica (cumpliendo con la ecuación de praga) y forman picos de difracción. La ecuación de Praga 2dsin Theta = n lambda es la base teórica central, de la cual D es el espaciamiento de la superficie cristalina, Theta es el ángulo de incidencia, n es la serie de difracción y lambda es la longitud de onda de rayos X.

III. detección y procesamiento de señales: del pico de difracción a la información estructural

Los rayos X difractivos ajustan con precisión el ángulo a través del goniómetro (componente central), que es recibido por el detector y convertido en una señal eléctrica. El sistema registra el ángulo de difracción (2theta) y los datos de intensidad para generar el mapa de difracción. Al analizar la ubicación, intensidad y forma de los picos de difracción en el mapa, se puede determinar la estructura cristalina (como el sistema cristalino, los parámetros de la célula cristalina), la composición de la fase física (en comparación con la tarjeta pdf estándar) y el estrés residual (análisis de desplazamiento de picos). Por ejemplo, la cristalinidad del material se puede evaluar a través de la relación de intensidad entre el pico y el ruido de fondo.