Tia X là một loại bức xạ điện từ sinh ra do sự chuyển mức điện tử bên trong nguyên tử, có bƣớc sóng trong phạm vi từ 0.1A0 đến 50A0. Bƣớc sóng của tia X có cùng bậc với khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể. Vì vậy, khi chùm tia X đến và bị tán xạ trên các nút mạng tinh thể, các tia tán xạ có thể giao thoa với nhau và tạo thành các cực đại nhiễu xạ có thể quan sát đƣợc. Nhiễu xạ tia X đƣợc xem là phƣơng pháp quan trọng để nghiên cứu cấu trúc của vật liệu.
Các nguyên tử, phân tử hay ion của các nguyên tố khác nhau có số electron ở nút mạng cũng khác nhau. Sự sắp xếp của các nguyên tử trong mạng tinh thể khác nhau cũng dẫn đến sự nhiễu xạ khác nhau. Do vậy, từ nhiễu xạ tia X cũng có thể xác định đƣợc các tính chất của mạng tinh thể nhƣ: kích thƣớc, hình dạng của ô đơn vị, sự sắp xếp của nguyên tử trong ô đơn vị và loại hệ tinh thể. Cụ thể, các thông tin sau có thể thu đƣợc từ nhiễu xạ tia X:
1. Khoảng cách d(hkl)
2. Cƣờng độ của các tia phản xạ
3. Chỉ số Miller của các mặt phẳng phản xạ
4. Kích thƣớc ô đơn vị và loại tinh thể (a, b, c, , , )
Bằng các phần mềm ứng dụng có sẵn các thông tin trên của vật liệu nghiên cứu thu đƣợc ở góc nhiễu xạ 2 từ máy nhiễu xạ tia X đƣợc hiển thị dƣới dạng giản đồ nhiễu xạ. Bằng cách so sánh vị trí và cƣờng độ của các vạch trên giản đồ nhiễu xạ với các thẻ chuẩn (PDF) của hội tinh thể học thế giới, ta có thể xác định đƣợc pha tinh thể trong hợp chất nghiên cứu.
Hình 2.10. Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn
Ƣu điểm của phƣơng pháp nhiễu xạ tia X là cho phép xác định cấu trúc tinh thể một cách nhanh chóng chỉ cần một lƣợng nhỏ mẫu và mẫu không bị phá hủy Hằng số mạng tinh thể d đƣợc xác định theo công thức khi thỏa mãn điều kiện phản xạ Bragg:
2dsin = n. (2.6)
Trong đó là góc phản xạ, là bƣớc sóng tia X, n là bậc nhiễu xạ, d là hằng số mạng.