Kristalle sind zelluläre Strukturen mit einem sich regelmäßig wiederholenden Muster und kommen in anorganischen Mineralien und in Metallen vor. Verschiedene Materialien haben spezifische optische Eigenschaften, wenn sie Frequenzen von sichtbarem Licht oder einer höheren Energie von Röntgenstrahlen ausgesetzt werden. Ein Röntgendiffraktometer erzeugt Strahlung oder Energie in Röntgenfrequenzen und kann verwendet werden, um kristalline Strukturen zu untersuchen. Beugung ist ein Begriff, der sich auf die Beugung von Licht oder Energie aus seiner Wechselwirkung mit einem Material oder einer Flüssigkeit bezieht.
Der Aufbau eines Röntgendiffraktometers umfasst mehrere Schlüsselteile. Eine Röntgenquelle umfasst eine Quellenröhre und einen Kollimationsschlitz, der einen schmalen Strahl erzeugt. Die Proben werden in einem Probenhalter in einem festen Abstand von der Quelle platziert. Der Detektor enthält einen Szintillationszähler, der die gebeugte Energie misst. Einige Geräte fügen ein Goniometer hinzu, bei dem es sich um einen beweglichen Detektor handelt, der den Winkel der Röntgenenergie misst.
Wenn die Röntgenfrequenz auf die Probe gesendet wird, wird sie je nach Material in bestimmten Winkeln gebeugt. Dies wird durch die Wechselwirkung des Röntgenstrahls mit der Kristallstruktur verursacht. Der Strahl wird gebogen und verlässt die Oberfläche des Materials und kann dann vom Szintillator gemessen werden. WL Bragg entwickelte Anfang des 1900. Jahrhunderts eine Berechnung zur Bestimmung des Winkels, die zu einer Standardmethode zur Interpretation von Beugungsdaten wurde.
Röntgenbeugung kann verwendet werden, um kristalline Materialien und Metalle zu charakterisieren, da sehr kleine Abstände die Kristallstruktur trennen. Die Energie eines Röntgenstrahls hat Wellenlängen, die dem Zwischenkristallabstand ähnlich sind. Als Ergebnis biegen die Kristallstrukturen die Röntgenenergie in messbare und konsistente Muster.
Da Materialien Röntgenstrahlen ausgesetzt wurden, wurde eine Datenbibliothek entwickelt, um die Eigenschaften einer breiten Palette von Materialien zusammenzufassen. Metalle, Feststoffe und einige Flüssigkeiten haben spezifische Brechungseigenschaften. Ein Röntgendiffraktometer kann verwendet werden, um die Eigenschaften eines bekannten Minerals zu bestimmen oder ein unbekanntes durch Bezugnahme auf die Bibliothek zu analysieren.
Die Dünnschichttechnologie wird in der Elektronikfertigung für Mikroschaltungen verwendet. Der Film wird auf einem festen Substrat abgeschieden und ein Röntgendiffraktometer kann zur Qualitätskontrolle verwendet werden. Die Analyse der Beugungswinkel kann die Qualität der Grenzfläche zwischen Film und Substrat bestimmen.
Materialien mit kristallinen Strukturen entwickeln bei Belastung unterschiedliche molekulare Strukturen. Ein Röntgendiffraktometer kann die Unterschiede in beanspruchten Materialien messen. Ein Referenznormal aus unbelastetem Kristall wird mit dem getesteten Material verglichen und der Vergleich kann verwendet werden, um die Spannung zu messen. Diese Technik kann zur Analyse von Metallteilen verwendet werden, die aufgrund von Alter oder Überlastung ausgefallen sind.