O diffractor de raios-X (XRD) baseia-se no princípio de difração de Praga, medindo o sinal de difração de raios-X em um cristal para revelar a estrutura cristalina, a composição da matéria e o estado de tensão. Seu princípio básico de funcionamento pode ser desmontado em seguintes seções:

Geração de raios-X: conversão de energia em alvos de impacto eletrônico de alta velocidade

O XRD usa um tubo de raios-X como fonte de luz, cujo catódo emite fluxos de eletrônicos de alta velocidade que atingem alvos anódicos (como o alvo Cu) com aceleração de campos elétricos de alta tensão de dezenas de milhares de volts. Os elétrons interagem com os elétrons da camada interna do átomo alvo, fazendo com que os elétrons da camada interna sejam excitados e os elétrons da camada externa saltem para preencher espaços vazios liberando raios-X de comprimentos de onda específicos. Por exemplo, o comprimento de onda de raio Kα gerado pelo alvo Cu é de 0,154 nm, adequado para a maioria das análises de estrutura cristalina.

Difração de Cristais: Efeitos de Interferença na Ordem do Ciclo Atômico

Quando os raios-X monocromáticos atingem o cristal, os átomos regularmente dispostos no cristal se tornam a fonte de dispersão. O comprimento de onda de raios-X espalhado por cada átomo é o mesmo que a onda de entrada, mas a fase varia dependendo da posição do átomo. Devido à periodicidade da estrutura cristalina, as ondas de dispersão interferem com o longo da fase em uma direção específica (atendendo à equação de Praga), formando picos de difração. A equação de Praga 2dsinθ=nλ é a base teórica principal, onde d é o espaço da superfície do cristal, θ é o ângulo de entrada, n é o grau de difração e λ é o comprimento de onda de raios X.

Detecção e processamento de sinais: do pico de difração à informação estrutural

Os raios-X difractivos ajustam com precisão o ângulo através de um angulómetro (componente central), que é recebido pelo detector e convertido em sinal elétrico. O sistema registra o ângulo de difração (2θ) e os dados de intensidade para gerar mapas de difração. A análise da posição, intensidade e forma dos picos de difração no mapa permite determinar a estrutura cristalina (por exemplo, o sistema cristalino, os parâmetros da célula), a composição da matéria (em comparação com o cartão PDF padrão) e a tensão residual (análise do deslocamento do pico). Por exemplo, a cristalidade do material pode ser avaliada pela relação de intensidade do pico ao ruído de fundo.