Nhiễu xạ tia X [5] là hiện tƣợng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ. Kỹ thuật nhiễu xạ tia X (thƣờng viết gọn là nhiễu xạ tia X) đƣợc sử dụng để phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu. Cụ thể, nhiễu xạ tia X đƣợc dùng trong việc:
- Phân tích định tính, bán định lƣợng các pha tinh thể.
- Xác định kích thƣớc hạt tinh thể và phân bố hạt cho các tinh thể có kích thƣớc cỡ nm.
- Xét về bản chất vật lý, nhiễu xạ tia X cũng gần giống với nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ nhiễu xạ là do sự khác nhau về tƣơng tác giữa tia X với nguyên tử và sự tƣơng tác giữa điện tử và nguyên tử.
Nguyên lý của nhiễu xạ tia X
Hiện tƣợng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn và tính tuần hoàn dẫn đến việc các mặt tinh thể đóng vai trò nhƣ một cách từ nhiễu xạ.
Xét một chùm tia X có bƣớc sóng chiếu tới một tinh thể chất rắn dƣới góc tới . Do tinh thể có tính chất tuần hoàn, các mặt tinh thể sẽ cách nhau những khoảng đều đặn d, đóng vai trò giống nhƣ các cách từ nhiễu xạ và tạo ra hiện tƣợng nhiễu xạ của các tia X.
Nếu ta quan sát các chùm tia tán xạ theo phƣơng pháp phản xạ (bằng góc tới) thì hiệu quang trình giữa các tia tán xạ trên các mặt là:
L = 2.d.sin (5)
Nhƣ vậy, để có cực đại nhiễu xạ thì góc tới phải thỏa mãn điều kiện:
L = 2.d.sin = n (6)
Trong đó, n là số nguyên và nhận các giá trị 1,2,…
Đây là định luật Vulf – Bragg mô tả hiện tƣợng nhiễu xạ tia X trên các mặt tinh thể.
Căn cứ vào các cực đại nhiễu xạ trên giản đồ XRD tìm đƣợc 2. Từ đó suy ra d theo điều kiện Bragg. So sánh giá trị d tính đƣợc giá trị d chuẩn sẽ xác định đƣợc cấu trúc tinh thể của vật chất. Ngoài ra, phƣơng pháp nhiễu xạ tia X cho phép xác định kích thƣớc tinh thể dựa trên phƣơng pháp phân tích hình dáng và đặc điểm của đƣờng phân bố cƣờng độ nhiễu xạ dọc theo trục góc 2.