Les cristaux sont des structures cellulaires qui ont un motif répétitif régulier et sont présents dans les minéraux inorganiques et dans les métaux. Différents matériaux ont des propriétés optiques spécifiques lorsqu’ils sont exposés à des fréquences de lumière visible ou à une énergie plus élevée des rayons X. Un diffractomètre à rayons X produit un rayonnement ou de l’énergie dans les fréquences des rayons X et peut être utilisé pour étudier les structures cristallines. La diffraction est un terme faisant référence à la courbure de la lumière ou de l’énergie à partir de son interaction avec un matériau ou un liquide.
La construction d’un diffractomètre à rayons X comprend plusieurs éléments clés. Une source de rayons X comprend un tube source et une fente de collimation qui crée un faisceau étroit. Les échantillons sont placés dans un porte-échantillon à une distance fixe de la source. Le détecteur comprend un compteur à scintillation, qui mesure l’énergie diffractée. Certaines unités ajoutent un goniomètre, qui est un détecteur mobile qui mesure l’angle de l’énergie des rayons X.
Lorsque la fréquence des rayons X est envoyée à l’échantillon, elle est diffractée à des angles spécifiques en fonction du matériau. Ceci est dû à l’interaction du faisceau de rayons X avec la structure cristalline. Le faisceau est courbé et quitte la surface du matériau, et peut alors être mesuré par le scintillateur. WL Bragg a développé un calcul au début des années 1900 pour définir l’angle, et cela est devenu une méthode standard pour interpréter les données de diffraction.
La diffraction des rayons X peut être utilisée pour caractériser les matériaux cristallins et les métaux car de très petites distances séparent la structure cristalline. L’énergie d’un rayon X a des longueurs d’onde similaires à l’espacement entre les cristaux. En conséquence, les structures cristallines plieront l’énergie des rayons X selon des modèles mesurables et cohérents.
Comme les matériaux ont été exposés aux rayons X, une bibliothèque de données a été développée pour résumer les caractéristiques d’un large éventail de matériaux. Les métaux, les solides et certains liquides ont des propriétés de réfraction spécifiques. Un diffractomètre à rayons X peut être utilisé pour déterminer les propriétés d’un minéral connu, ou aider à analyser un minéral inconnu en référençant la bibliothèque.
La technologie des couches minces est utilisée dans la fabrication électronique de microcircuits. Le film est déposé sur un substrat solide et un diffractomètre à rayons X peut être utilisé pour le contrôle qualité. L’analyse des angles de diffraction peut déterminer la qualité de l’interface entre le film et le substrat.
Les matériaux avec des structures cristallines développeront des structures moléculaires différentes lorsqu’ils sont soumis à des contraintes. Un diffractomètre à rayons X peut mesurer les différences entre les matériaux soumis à des contraintes. Un étalon de référence de cristal non contraint est comparé au matériau testé, et la comparaison peut être utilisée pour mesurer la contrainte. Cette technique peut être utilisée pour l’analyse de pièces métalliques qui ont échoué à cause de l’âge ou d’une surcharge.