Röntgendifraktion (XRD): Materialstruktur verstehen

Röntgendifraktion (XRD) ist eine Technologie, die detaillierte Informationen über die chemische Zusammensetzung und die kristallographische Struktur eines natürlichen oder künstlichen Objekts liefert. Sie funktioniert nicht nach dem Prinzip einer typischen Röntgenaufnahme, um die inneren Teile eines Objekts zu enthüllen. Vielmehr feuert ein XRD-Gerät Röntgenstrahlen auf ein Prüfstück ab und misst die Winkel und Richtung der Difraktion der Strahlen auf atomarer Ebene. Durch diese Messung können Wissenschaftler die chemische Zusammensetzung und die kristallographische Struktur des untersuchten Objekts beurteilen.

Pulverdifraktion

• Pulver-XRD ist möglicherweise die häufigste Technik der Röntgendifraktion. Das Prüfstück besteht aus Körnern des zu analysierenden Materials. Pulverdifraktion kann auch zum Studium von Prüfstücken in Flüssig suspensions verwendet werden. Der Begriff „Pulver“ bezieht sich nicht auf eine Pulverprobe, sondern darauf, dass die kristallinen Domänen im Prüfstück zufällig orientiert sind. Die Ergebnisse einer Pulver-XRD bestehen aus den Positionen und Intensitäten von Gipfeln, die die zugrunde liegende Struktur des Prüfstücks identifizieren. Auf diese Weise erzeugen Diamant oder Graphit unterschiedliche Ergebnisse, obwohl beide auf atomarer Ebene aus Kohlenstoff bestehen.

Dünnschichtdifraktion

• Dünnschichtdifraktion ist nicht so sehr eine einzelne XRD-Technik als vielmehr eine Sammlung von Techniken zur Analyse von Dünnschichtproben, die auf Substraten gewachsen sind. Diese Technik wird häufig in der Forschung und Entwicklung von mikroelektronischen und optoelektronischen Geräten verwendet. Diese Methode ist besonders nützlich zur Messung präziser Gitterkonstanten, die helfen können, die mechanische und Restspannung in einem Material zu messen.

XRD-Analysetechniken

• Qualitative Analyse von XRD-Messungen identifiziert die zugrunde liegende Struktur eines Prüfstücks, indem sie sie mit Daten aus ähnlichen Materialien vergleicht. Es erfordert präzise Messungen von Gipfelpositionen und Intensitäten, um eine genaue Bestimmung des Difraktionssystems zu treffen. Quantitative Analyse von XRD-Daten misst die zugrunde liegende Struktur von Proben, die keine konstante Form haben, wie mehrphasige Prüfstücke. Mit anderen Worten, es versucht, die Eigenschaften eines Materials zu beurteilen, dessen Struktur sich ständig durch eine Reihe von Phasen ändert. Die effektivsten Methoden der quantitativen Auswertung sind sehr komplex und erfordern leistungsstarke Computer für Berechnungen. Glücklicherweise existieren mehrere preiswerte Versionen von XRD-Analyse-Software, obwohl sie möglicherweise nicht so „benutzerfreundlich“ wie kommerzielle sind.