Malzemeler İçin Kırınım Yöntemleri
Kırınım yöntemleri, X-ışınlarının, nötronların veya elektronların atomların periyodik düzeninden nasıl saçıldığını ölçerek malzemelerin kristal yapısını ve faz bileşimini belirlemektedir.
Tanım
Kırınım yöntemleri, atomlararası mesafeye benzer dalga boyuna sahip radyasyonun kristal bir malzemeden saçılmasıyla, periyodik atomik yapıyı ve mevcut fazları kodlayan girişim desenleri üreten karakterizasyon teknikleridir.
Kapsam
Bu konu, kırınım tabanlı karakterizasyonu kapsamaktadır: Bragg saçılmasının fiziği, faz tanımlaması ve yapı tayini için tek kristal ve toz X-ışını kırınımı, nötron ve elektron kırınımının tamamlayıcı rolleri ve kafes parametrelerini, kristalit boyutunu ve gerilimi çıkarmak için desenlerin analizi. Kırınımın hangi kristal fazların mevcut olduğunu ve atomlarının nasıl düzenlendiğini nasıl ortaya koyduğu ele alınmaktadır.
Temel sorular
- Bragg yasası, kırınım açılarını atomik mesafeyle nasıl ilişkilendirmektedir?
- Toz kırınımı, fazları tanımlamak için nasıl kullanılmaktadır?
- Nötron ve elektron kırınımı hangi tamamlayıcı bilgileri sağlamaktadır?
- Kafes parametreleri, kristalit boyutu ve gerilim desenlerden nasıl çıkarılmaktadır?
Anahtar kavramlar
- Bragg yasası
- Tek kristal ve toz kırınımı
- Faz tanımlaması
- Nötron ve elektron kırınımı
- Kafes parametreleri
- Kristalit boyutu ve gerilim
Temel kuramlar
- Bragg kırınımı
- Bir kristal, radyasyonu yalnızca ardışık atomik düzlemlerden saçılan dalgalar arasındaki yol farkı tam sayı bir dalga boyu olduğunda kırmaktadır; bu Bragg koşulu, yoğunluğun göründüğü açıları sabitlemekte ve deseni doğrudan düzlemler arası mesafelerle ilişkilendirmektedir.
- Toz kırınımı ve faz analizi
- Polikristalin bir örnek, tüm kristal yönelimlerini sunarak, faz tanımlaması için bir parmak izi görevi gören ve tam desen iyileştirmesi yoluyla nicel yapı ve mikro yapı analizi için kullanılan karakteristik açılarda halkalar veya pikler deseni vermektedir.
Mekanizmalar
Gelen radyasyon, bir kristal boyunca elektronlardan veya çekirdeklerden saçılmaktadır; periyodik düzlemlerdeki atomlar tarafından saçılan dalgalar girişim yaparak yalnızca Bragg açılarında birbirini güçlendirmektedir, bu nedenle ölçülen konumlar düzlemler arası mesafeleri, yoğunluklar ise birim hücre içindeki atomik düzenlemeyi vermektedir.
Klinik önem
Kırınım, bir sentezin hedeflenen kristal fazı ürettiğini doğrulamak, bilinmeyen fazları ve safsızlıkları tanımlamak ve işleme, reaksiyon ve operasyon sırasında yapısal değişiklikleri takip etmek için birincil araçtır; bu da onu neredeyse tüm katı hal ve malzeme kimyasının temelini oluşturmaktadır.
Tarihçe
Von Laue'nin 1912'de kristallerin X-ışınlarını kırdığını göstermesi ve Bragg'lerin kırınım yasası ile ilk yapı tayinleri, katıların atomik yapısını ölçülebilir hale getirmiştir. 1960'ların sonlarında tanıtılan Rietveld'in tam desen iyileştirme yöntemi, toz kırınımını yapı ve faz analizi için nicel bir araca dönüştürmüştür.
Öne çıkan isimler
- William Lawrence Bragg
- William Henry Bragg
- Hugo Rietveld
İlgili konular
Temel eserler
- cullity2014
- west2014
Sıkça sorulan sorular
- Kristalleri incelemek için neden X-ışınları kullanılmaktadır?
- X-ışınları, bir kristaldeki atomlar arasındaki mesafeye benzer dalga boylarına sahiptir ve bu, kırınım için gerekli koşuldur. Daha uzun dalga boylu ışık atomik düzlemleri çözememektedir, bu nedenle X-ışınları (ve benzer şekilde nötronlar ve elektronlar) kristal yapının uygun problarıdır.
- Tek kristal ve toz kırınımı arasındaki fark nedir?
- Tek kristal kırınımı, detaylı yapı çözümü için tam üç boyutlu bir yansıma kümesi toplamak amacıyla tek bir yönlendirilmiş kristal kullanmaktadır. Toz kırınımı ise, hızlı faz tanımlaması ve nicel analiz için ideal olan tek boyutlu bir desen veren, rastgele yönlendirilmiş birçok kristalit kullanmaktadır.