Là phương pháp sử dụng chùm tia X chiếu vào vật liệu bột để xác định cấu trúc của vật liệu, nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên các điểm đen xuất hiện trên kính ảnh đặt trong không gian xung quanh mẫu và ghi nhận được ảnh nhiễu xạ tương ứng. Từ các số liệu đo trên ảnh nhiễu xạ ta xác định được các đặc trưng cấu trúc cần thiết.
Nếu mẫu bột gồm nhiều tinh thể định hướng hỗn loạn, thì mọi tia nhiễu xạ xuất phát từ mẫu sẽ tạo nên một hệ nón nhận tâm mẫu làm đỉnh chung, nhận tia tới làm trục chung, các mặt nón đó có thể hướng theo mọi chiều về phía trước hoặc về phía sau, bề mặt của mỗi nón là tập hợp của những tia nhiễu xạ sinh ra từ những mặt mạng như nhau, cùng nằm dưới một góc θ với tia tới. Tấm phim dài đặt vòng quanh trục mẫu, giao tuyến của mỗi mặt nón với phim cho các đường nhiễu xạ dưới dạng các cung tròn với độ cong khác nhau trên tấm phim gọi là biểu đồ Debye.
Hình 2.10. Ảnh nhiễu xạ Debye của mẫu trụ.
Cấu tạo của thiết bị đo gồm bộ nguồn, ống phát tia và buồng chụp, buồng chụp vừa là nơi đặt mẫu thử và là nơi đặt phim để nhận ảnh nhiễu xạ. Đầu tiên phim được lắp theo đường tròn nằm sát vào thành trong của một hộp kim loại hình trụ có bán kính xác định, gọi là camera. Đồng thời mẫu được đặt trên một giá đỡ nằm ở trục trung tâm của camera. Buồng chụp gồm 3 bộ phận chính: ống chuẩn trực, thành buồng hình trụ và giá mang mẫu.
– Ống chuẩn trực thu hẹp chùm tia tới. – Thành buồng hình trụ thì mang phim chụp.
– Giá để mẫu thường là một sợi mảnh thủy tinh (dùng keo để phủ bột ra ngoài) hoặc một ống nhựa rất mỏng hình trụ (trong nhồi bột). Mẫu là một que nhỏ có đường kính vài phần mười milimet.
Hình 2.11. Buồng chụp.
Hình 2.12. Camera để lắp phim và phim sau khi được rửa.
Sau khi chụp xong phim được rửa, cắt và trải phẳng, để thu được kết quả chính xác thì yêu cầu của phương pháp là vạch nhiễu xạ phải mảnh, có độ đen đều, nền phim phải sáng để đọc được các vạch yếu (hình 2.12). Độ đen của phim sau khi hiện phụ thuộc vào cường độ và thời gian chiếu tia. Chất lượng của phim được đánh giá qua độ nhạy, nó nói lên khả năng tạo độ đen trên phim sau khi chiếu tia, kích thước hạt càng lớn thì độ nhạy càng cao. Tuy nhiên nếu kích thước hạt quá lớn thì ảnh nhận được trên phim có dạng lốm đốm và phim có khả năng phân giải kém.
Kí hiệu tìm được cho từng vạch trên biểu đồ giúp xác định thông số mạng của tinh thể. Tiến hành đo khoảng cách tương đối giữa các vạch, tính góc phản xạ theo công thức (2.1 và 2.2). Từ góc θ thu được có thể xác định các đặc trưng của tinh thể nghiên cứu.
Hình 2.13. Các thông số được xác định sau khi đo.
θ=π2WS1 (2.1) hoặc θ=π2�1−2WS2 � (2.2)
Tóm lại, khi chiếu chùm tia X đơn sắc lên mẫu, một hạt tinh thể nào đó trong mẫu có góc định hướng phù hợp với định luật Bragg sẽ cho nhiễu xạ.
Ưu điểm của phương pháp là mẫu đưa vào chụp không nhất thiết là đơn tinh thể. Nếu việc xác định kí hiệu các vạch nhiễu xạ có thể thực hiện dễ dàng đối với tinh thể hạng cao, khó hơn đối với hạng trung, thì đối với tinh thể hạng thấp điều này không làm được trong nhiều trường hợp. Đó là một bất tiện của phương pháp Debye.