Phương pháp XRD được dùng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu, có thể xác định nhanh với độ chính xác cao.
Nguyên lý của phương pháp này là xác định cấu trúc tinh thể dựa vào những hình ảnh khác nhau của kích thước tinh thể lên phổ nhiễu xạ. Mạng tinh thể nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một trật tự
nhất định. Khoảng cách giữa các nút mạng vào khoảng vài ăngstron (A0), xấp
xỉ với bước sóng của tia Rơnghen [1].
động nhanh, bị hãm đột ngột bằng một vật cản, một phần năng lượng của chúng chuyển thành bức xạ sóng điện từ (tia X) gọi là bức xạ hãm [1].
Khi một chùm tia X có bước sóng λ và cường độ I đi qua vật liệu, nếu tia tới thay đổi phương truyền và năng lượng gọi là tán xạ không đàn hồi. Khi tia tới thay đổi phương truyền nhưng không thay đổi năng lượng gọi là tán xạ đàn hồi. Trường hợp vật liệu đang nghiên cứu có cấu trúc tinh thể thì hiện tượng tán xạ đàn hồi của tia X sẽ đưa đến hiện tượng nhiễu xạ tia X. Hiện tượng này chỉ xảy ra với vật liệu thỏa mãn ba điều kiện: Vật liệu có cấu trúc tinh thể; có tán xạ đàn hồi; bước sóng của tia X có giá trị cùng bậc với khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể [1].
Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp nhiễu xạ tia X [1]
Trong mạng lưới tinh thể luôn tồn tại các mặt phẳng song song, cách đều nhau một khoảng bằng d. Một chùm tia X có bước sóng λ chiếu tới bề mặt của mạng lưới tinh thể với một góc θ sẽ bị phản xạ trở lại. Tất cả các tia phản xạ đó tạo nên chùm tia X song song có cùng một bước sóng và có phương truyền làm với phương tia tới một góc 2θ. Khi hiệu số pha giữa các tia X phản xạ là 2nπ (n là số nguyên), tại điểm hội tụ chùm tia X sẽ có vân giao thoa với cường độ ánh sáng cực đại [1].