Контроль качества сырья, материалов и готовой продукции

Дифракционные методы

Дифракция рентгеновских лучей

Традиционными методами изучения структуры и структурных дефектов кристаллов являются рентгеновские дифракционные методы.

Дифракция волн – явление, которое можно рассматривать как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн.

Интерференция света – явление наложения когерентных волн.

Когерентными называются волны одинаковой природы, имеющие одинаковые направления колебаний, одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

Дифракцией называется отклонение от прямолинейного распространения волн, огибание волнами препятствий.

С помощью дифракционных методов определяют структуру и состав образца, распределение дефектов по его площади.

В отличие от электронов, рентгеновские кванты обладают намного большей глубиной проникновения в кристалл, что дает возможность получать информацию о плотности дефектов в объеме кристалла.

Рентгеновские методы позволяют выявлять отдельные дислокации, мозаичность блоков, дефекты упаковки (ДУ), механические напряжения на границах раздела двух сред (например, диэлектрик - полупроводник).

На практике наибольшее распространение получили следующие методы рентгеноструктурного анализа:

1) метод Лауэ - для определения ориентации монокристаллов;

2) метод Дебая - Шерера - для исследования поликристаллов и порошков монокристаллов;

3) метод вращения образца с использованием дифрактометрических измерений - для исследования монокристаллов.

Все рентгенодифракционные методы основаны на законе Вульфа - Брэгга и анализе интенсивности рентгеновского луча после взаимодействия с образцом.

Закон Вульфа – Брэгга:

Nλ = 2dsinθ,

где λ - длина волны рентгеновского излучения

d - межплоскостное расстояние

θ - угол Брэгга

n - целое число

Условие Вульфа – Брэгга определяет направление максимумов дифракции упруго-рассеянного на кристалле рентгеновского излучения.

Условие Вульфа – Брэгга позволяет определить межплоскостные расстояния d в кристалле, так как λ обычно известна, а углы θ измеряются экспериментально.

Дифракция рентгеновского излучения дает важную информацию о твердых телах, их атомной структуре и форме кристаллов, а также о жидкостях, аморфных телах и больших молекулах.

Дифракционный метод применяется также для точного (с погрешностью менее 1∙10^-5) определения межатомных расстояний, выявления напряжений и дефектов и для определения ориентации монокристаллов.

По дифракционной картине можно идентифицировать неизвестные материалы, а также обнаружить присутствие в образце примесей и определить их.

Значение рентгеновского дифракционного метода для прогресса современной физики трудно переоценить, поскольку современное понимание свойств материи основано в конечном счете на данных о расположении атомов в различных химических соединениях, о характере связей между ними и о дефектах структуры.

Главным инструментом получения этой информации является дифракционный рентгеновский метод.

2