Métodos de Difracción para Materiales
Los métodos de difracción determinan la estructura cristalina y la composición de fase de los materiales midiendo cómo los rayos X, los neutrones o los electrones se dispersan de la disposición periódica de los átomos.
Definition
Los métodos de difracción son técnicas de caracterización en las que la radiación con una longitud de onda comparable al espaciado interatómico se dispersa de un material cristalino, produciendo patrones de interferencia que codifican la estructura atómica periódica y las fases presentes.
Scope
Este tema abarca la caracterización basada en la difracción: la física de la dispersión de Bragg, la difracción de rayos X de monocristal y de polvo para la identificación de fases y la determinación de la estructura, los roles complementarios de la difracción de neutrones y electrones, y el análisis de patrones para extraer parámetros de red, tamaño de cristalita y deformación. Trata cómo la difracción revela qué fases cristalinas están presentes y cómo se organizan sus átomos.
Core questions
- ¿Cómo relaciona la ley de Bragg los ángulos de difracción con el espaciado atómico?
- ¿Cómo se utiliza la difracción de polvo para identificar fases?
- ¿Qué información complementaria proporcionan la difracción de neutrones y electrones?
- ¿Cómo se extraen los parámetros de red, el tamaño de cristalita y la deformación de los patrones?
Key concepts
- Ley de Bragg
- Difracción de monocristal y de polvo
- Identificación de fases
- Difracción de neutrones y electrones
- Parámetros de red
- Tamaño de cristalita y deformación
Key theories
- Difracción de Bragg
- Un cristal difracta la radiación solo cuando la diferencia de trayectoria entre las ondas dispersadas de planos atómicos sucesivos es un número entero de longitudes de onda; esta condición de Bragg fija los ángulos en los que aparece la intensidad y vincula el patrón directamente a los espaciados interplanares.
- Difracción de polvo y análisis de fases
- Una muestra policristalina presenta todas las orientaciones cristalinas, dando un patrón de anillos o picos en ángulos característicos que sirve como huella dactilar para la identificación de fases y, mediante el refinamiento de patrón completo, para el análisis cuantitativo de la estructura y la microestructura.
Mechanisms
La radiación incidente se dispersa de los electrones o núcleos a través de un cristal; las ondas dispersadas por los átomos en planos periódicos interfieren, reforzándose solo en los ángulos de Bragg, de modo que las posiciones medidas proporcionan los espaciados interplanares y las intensidades proporcionan la disposición atómica dentro de la celda unitaria.
Clinical relevance
La difracción es la herramienta principal para verificar que una síntesis produjo la fase cristalina deseada, para identificar fases e impurezas desconocidas, y para seguir los cambios estructurales durante el procesamiento, la reacción y la operación, lo que la hace fundamental para casi toda la química de estado sólido y de materiales.
History
La demostración de Von Laue en 1912 de que los cristales difractan los rayos X, y la ley de difracción de Bragg y las primeras determinaciones de estructura de los Bragg, hicieron medible la estructura atómica de los sólidos. El método de refinamiento de patrón completo de Rietveld, introducido a finales de la década de 1960, transformó la difracción de polvo en una herramienta cuantitativa para el análisis de estructura y fase.
Key figures
- William Lawrence Bragg
- William Henry Bragg
- Hugo Rietveld
Related topics
Seminal works
- cullity2014
- west2014
Frequently asked questions
- ¿Por qué se utilizan los rayos X para estudiar cristales?
- Los rayos X tienen longitudes de onda comparables al espaciado entre átomos en un cristal, que es la condición necesaria para la difracción. La luz de mayor longitud de onda no puede resolver los planos atómicos, por lo que los rayos X (y de manera similar los neutrones y los electrones) son las sondas apropiadas para la estructura cristalina.
- ¿Cuál es la diferencia entre la difracción de monocristal y la difracción de polvo?
- La difracción de monocristal utiliza un cristal orientado para recolectar un conjunto completo tridimensional de reflexiones para una solución estructural detallada. La difracción de polvo utiliza muchos cristalitos orientados aleatoriamente, dando un patrón unidimensional que es ideal para la identificación rápida de fases y el análisis cuantitativo.