Los cristales son estructuras celulares que tienen un patrón de repetición regular y están presentes en minerales inorgánicos y metales. Los diferentes materiales tienen propiedades ópticas específicas cuando se exponen a frecuencias de luz visible o una mayor energía de los rayos X. Un difractómetro de rayos X produce radiación o energía en frecuencias de rayos X y puede usarse para estudiar estructuras cristalinas. La difracción es un término que se refiere a la curvatura de la luz o la energía de su interacción con un material o líquido.
La construcción de un difractómetro de rayos X incluye varias partes clave. Una fuente de rayos X incluye un tubo fuente y una hendidura de colimación que crea un haz estrecho. Las muestras se colocan en un portamuestras a una distancia fija de la fuente. El detector incluye un contador de centelleo, que mide la energía difractada. Algunas unidades agregan un goniómetro, que es un detector móvil que mide el ángulo de la energía de los rayos X.
Cuando la frecuencia de rayos X se envía a la muestra, se difracta en ángulos específicos según el material. Esto es causado por la interacción del haz de rayos X con la estructura cristalina. El rayo se dobla y sale de la superficie del material, y luego se puede medir con el centelleador. WL Bragg desarrolló un cálculo a principios del siglo XX para definir el ángulo, y este se convirtió en un método estándar para interpretar datos de difracción.
La difracción de rayos X se puede utilizar para caracterizar materiales cristalinos y metales porque distancias muy pequeñas separan la estructura cristalina. La energía de una radiografía tiene longitudes de onda similares al espaciado entre cristales. Como resultado, las estructuras cristalinas doblarán la energía de los rayos X en patrones mensurables y consistentes.
Dado que los materiales han estado expuestos a rayos X, se ha desarrollado una biblioteca de datos para resumir las características de una amplia gama de materiales. Los metales, los sólidos y algunos líquidos tienen propiedades de refracción específicas. Se puede usar un difractómetro de rayos X para determinar las propiedades de un mineral conocido o ayudar a analizar uno desconocido haciendo referencia a la biblioteca.
La tecnología de película fina se utiliza en la fabricación de productos electrónicos para microcircuitos. La película se deposita sobre un sustrato sólido y se puede utilizar un difractómetro de rayos X para el control de calidad. El análisis de los ángulos de difracción puede determinar la calidad de la interfaz entre la película y el sustrato.
Los materiales con estructuras cristalinas desarrollarán diferentes estructuras moleculares cuando estén sometidos a estrés. Un difractómetro de rayos X puede medir las diferencias en materiales sometidos a tensión. Se compara un patrón de referencia de cristal sin tensar con el material probado, y la comparación se puede utilizar para medir la tensión. Esta técnica se puede utilizar para el análisis de piezas metálicas que han fallado por envejecimiento o sobrecarga.