I cristalli sono strutture cellulari che hanno uno schema ripetitivo regolare e sono presenti nei minerali inorganici e nei metalli. Materiali diversi hanno proprietà ottiche specifiche se esposti a frequenze della luce visibile oa una maggiore energia dei raggi X. Un diffrattometro a raggi X produce radiazioni o energia nelle frequenze dei raggi X e può essere utilizzato per studiare le strutture cristalline. La diffrazione è un termine che si riferisce alla flessione della luce o dell’energia dalla sua interazione con un materiale o un liquido.
La costruzione di un diffrattometro a raggi X comprende diverse parti fondamentali. Una sorgente di raggi X include un tubo sorgente e una fenditura di collimazione che crea un fascio stretto. I campioni vengono posti in un portacampioni a una distanza fissa dalla sorgente. Il rivelatore include un contatore a scintillazione, che misura l’energia diffratta. Alcune unità aggiungono un goniometro, che è un rilevatore mobile che misura l’angolo dell’energia dei raggi X.
Quando la frequenza dei raggi X viene inviata al campione, viene diffratta ad angoli specifici in base al materiale. Ciò è causato dall’interazione del fascio di raggi X con la struttura cristallina. Il raggio viene piegato e lascia la superficie del materiale, e può quindi essere misurato dallo scintillatore. WL Bragg ha sviluppato un calcolo all’inizio del 1900 per definire l’angolo, e questo è diventato un metodo standard per interpretare i dati di diffrazione.
La diffrazione dei raggi X può essere utilizzata per caratterizzare materiali cristallini e metalli perché distanze molto piccole separano la struttura cristallina. L’energia di un raggio X ha lunghezze d’onda simili alla spaziatura tra i cristalli. Di conseguenza, le strutture cristalline piegheranno l’energia dei raggi X in schemi misurabili e coerenti.
Poiché i materiali sono stati esposti ai raggi X, è stata sviluppata una libreria di dati per riassumere le caratteristiche di un’ampia gamma di materiali. Metalli, solidi e alcuni liquidi hanno proprietà di rifrazione specifiche. Un diffrattometro a raggi X può essere utilizzato per determinare le proprietà di un minerale noto o aiutare ad analizzare uno sconosciuto facendo riferimento alla libreria.
La tecnologia a film sottile viene utilizzata nella produzione di componenti elettronici per i microcircuiti. Il film viene depositato su un substrato solido e per il controllo di qualità può essere utilizzato un diffrattometro a raggi X. L’analisi degli angoli di diffrazione può determinare la qualità dell’interfaccia film e substrato.
I materiali con strutture cristalline svilupperanno diverse strutture molecolari quando sollecitati. Un diffrattometro a raggi X può misurare le differenze nei materiali sollecitati. Uno standard di riferimento di cristallo non sollecitato viene confrontato con il materiale testato e il confronto può essere utilizzato per misurare lo stress. Questa tecnica può essere utilizzata per l’analisi di parti metalliche che hanno ceduto per età o sovraccarico.