پراش اشعه ایکس XRD؛ خدمات آنالیز مواد حسگر مواد صبا

 

برای فهم بهتر اصول بنیادی و واژه‌های تخصصی پراش پرتو ایکس یا X-Ray Diffraction اجازه دهید تا نگاه مختصری در مورد تئوری که در پس این تکنیک نهفته است،بیاندازیم.

یک ماده جامد می‌تواند به یکی از صورت های زیر باشد:

 

1-    آمورف: اتم های تشکیل دهنده به صورت تصادفی در کنار یک دیگر قرار می گیرند، شبیه چیزی که در مایعات مشاهده می شود و نظم ندارند(دامنه نظم آنها بسیار کوتاه است)

2-    کریستال: اتم های تشکیل دهنده در یک الگوی منظم قرار گرفته اند. این الگو در سه جهت فضایی، تکرار می شود. کریستال یا بلور را می توان به دیوار آجری تشبیه کرد که هر آجر، یک واحد کوچک از اتم های منظم تشکیل یافته است. هر رج از دیوار، به عنوان یک صفحه تعریف می شود. هر واحد از نظم شکل گرفته ( یا همان آجر دیوار آجری) Unit Cell نام دارد. ابعاد Unit Cell توسط سه محور a، b و c تعریف می شود و زوایه های بین آنها آلفا، بتا و گاما نام دارد.

زمانی که یک الکترون در یک میدان متناوب الکترومغناطیسی قرار می گیرد، شروع به نوسان می کند. فرکانس نوسان الکترون برابر فرکانس نوسان میدان خواهد بود. برخورد اشعه X به اتم، سبب می شود الکترون های اطراف اتم، برابر با فرکانس پرتو تابیده شده، شروع به نوسان کنند. پرتو های عبورکرده از اتم، تقریبا در تمام جهات، تداخلات غیر سازنده دارند و موج های ترکیب شده در یک فاز نیستند و هیچ تصویری از نمونه جامد نخواهند داد. قرار گرفتن اتم ها در یک ساختار کریستالی که دارای ساختاری منظم است، سبب می شود تا در تعداد کمی از جهات، تداخلات سازنده بوجود بیاید. بدین ترتیب پرتو هایی که از نمونه کریستالی عبور می کنند، هم فاز هستند  و با ایجاد تصویری مناسب، نمونه را در چندین جهت، ترک می‌‌کنند. از این رو یک پرتو پراش یافته را می توان به این صورت توصیف کرد که چندین اشعه پراش یافته هستند که متقابلا، همدیگر را تقویت می کنند.

حال دو صفحه موازی در یک شبکه بلوری به نام های P1 و P2، با فاصله ی میان صفحه ای d را در نظر بگیرید. دو پرتو 1 و 2 با زوایه مشخص TETHAبه صفحات یاد شده تابیده می شوند. پرتوی پراش یافته در صورتی که دو پرتو 1’ و 2’ هم فاز باشند، بیشترین شدت را خواهد داشت. زاویه تتا، وابسته به فاصله صفحه های کریستالی ویا فاصله اتمی آنها می باشد. با این روش می توان باتوجه به زاویه حداکثر بازتابش پرتو انعکاس یافته از شبکه بلورین، فاصله اتم جسم و یا فاصله صفحات کریستالی را بدست آورد.

پراش پرتو ایکس

 

 

از طرفی می توان با مشخص بودن فاصله صفحات کریستالی جسم، زاویه تابش و زاویه حداکثر بازتابش طول موج تابش الکترومغناطیسی را بدست آورد که از فرمول براگ تبعیت می‌کند.

nλ = 2d sin(θ)                n = 1, 2, 3

در این فرمول:

:n مرتبه بازتاب است و می‌تواند اعداد صحیح کوچکی باشد(تعداد صفحه های کریستالی)،

طول موج پرتو ایکس است که الکترون یا نوترون را جابجا نموده است

:d  فضای خالی میان اتم ها یا فاصله بین صفحات کریستالی است

زاویه‌ای که پرتوهای بازتابیده شده بیشترین دامنه را با راستای تابش پرتو های اولیه دارند