M. V. Laue đã phát hiện ra hiện tượng nhiễu xạ tia X bởi mạng tinh thể năm 1912. Hiện tượng nhiễu xạ phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể và bước sóng của bức xạ. Vì vậy, bức xạ tia X thường được dùng để phân tích cấu trúc tinh thể.
Điều kiện để quan sát thấy nhiễu xạ tia X (định luật Bragg)
Giả thiết sóng tia X tới bị phản xạ trên các mặt phẳng mạng song song với nhau và cách nhau một khoảng d (hình 2.3). Sóng phản xạ trên mỗi mặt phẳng mạng có cường độ rất yếu. Nhưng nếu các sóng phản xạ giao thoa với nhau thì có thể nhận được chùm tia nhiễu xạ có cường độ rất mạnh (cực đại nhiễu xạ).
Gọi là góc tới, hiệu quang lộ của hai tia 2Q2’ và 1P1’ là L =2dsin.
Nếu L = 2dsin = n (n là số nguyên) (2.5) Hình 2.3: Phản xạ Bragg từ các mặt
Biểu thức 2.5 là điều kiện để nhận được chùm tia nhiễu xạ có cường độ mạnh nhất, đây được gọi là điều kiện phản xạ Bragg. Từ điều kiện này có thể suy ra các kết luận sau:
- Vì sin 1 nên chùm tia nhiễu xạ cực đại chỉ xảy ra đối với các bức xạ có bước sóng 2d
- Với các giá trị xác định của d và , ta chỉ quan sát thấy chùm tia nhiễu xạ cực đại ở những hướng có góc thỏa mãn điều kiện Bragg.
- Trong một tinh thể thường có nhiều hệ mặt phẳng mạng (hkl), mỗi hệ mặt này, nếu thỏa mãn điều kiện 2.5 đều có thể cho các cực đại nhiễu xạở các hướng ứng với các góc khác nhau.
Sau khi có được số liệu từảnh nhiễu xạ tia X, dựa vào sự đồng nhất về cấu trúc của mẫu chế tạo và phổ chuẩn đã được xác định ta có thể tính được hằng số mạng của mẫu chế tạo. Biết được cấu trúc của mẫu chế tạo từ phổ chuẩn ta xác định được mối liên quan giữa khoảng cách giữa các mặt tinh thể (d), chỉ số Miller (h,k,l) và hằng số mạng (a,b,c). Do có sự đồng nhất về cấu trúc nên mẫu chế tạo có chung bộ chỉ số Miller với phổ chuẩn. Để xác định hằng số mạng ta thay khoảng cách đặc trưng d giữa các mặt mạng của mẫu chế tạo được xác định từ kết quả ảnh nhiễu xạ tia X vào công thức liên hệ giữa các thông số d, (h,k,l) và (a,b,c) rồi từ đó xác định được hằng số mạng a, b, c của mẫu chế tạo.
Các hệ mẫu trong luận án sau khi chế tạo được kiểm tra cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X–ray trên máy D8 Advance, Hãng SX Bruker của Đức tại phòng thí nghiệm Hóa Vật liệu, Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, 19 Lê Thánh Tông, Hà Nội.