Röntgenbeugungsanalyse (XRD)

Die Röntgenbeugung (XRD ) ist eine Methode zur Bestimmung der atomaren und molekularen Struktur kristalliner Materialien. Dabei wird der einfallende Röntgenstrahl aufgrund der Kristallstruktur in viele spezifische Richtungen gebeugt. Pulver-XRD wird häufig zur Phasenidentifizierung eingesetzt, indem die Beugungswinkel und -intensitäten der gebeugten Strahlen gemessen und das resultierende Beugungsmuster mit einer Referenzdatenbank verglichen werden.

Die Röntgenbeugung (XRD) ist eine wissenschaftliche Methode zur Bestimmung der genauen Positionen oder Anordnungen von Atomen in einem kristallinen oder amorphen Material, bei der Röntgenstrahlen auf einen Kristall treffen und den Lichtstrahl in viele bestimmte Richtungen beugen.

Die Röntgenbeugung ist die wichtigste Technik zur Gewinnung von Informationen über die atomare Struktur kristalliner Feststoffe und zählt zu den grundlegenden Standardtechniken im Labor. Diese Technik basiert auf der Interferenz von Röntgenwellen, die von einer Gruppe von Atomen in einem Kristall, die in eine bestimmte Richtung ausgerichtet sind, elastisch gestreut werden. Die von zwei Atomen a und b gestreuten Wellen interferieren konstruktiv miteinander, wenn ihr Wegunterschied einer ganzen Zahl von Wellenlängen entspricht.

Die Röntgenbeugung ist ein wichtiges Instrument zur Untersuchung sowohl amorpher als auch teilkristalliner Polymere. Es wird verwendet, um viele Eigenschaften der Mikrostruktur des Materials zu analysieren, einschließlich Gitterparameter, Vorhandensein von Defekten, kristallografischer Orientierungen (Textur) und Grad der Kristallinität.

In der Materialforschung stellen sich Wissenschaftlern viele analytische Fragen im Zusammenhang mit der chemischen Zusammensetzung und Kristallstruktur von Materialien. Die Röntgenbeugung (XRD) ist die einzige Labortechnik, die zerstörungsfrei und genau Informationen wie chemische Zusammensetzung, Kristallstruktur, Kristallorientierung, Kristallitgröße, Gitterspannung, bevorzugte Orientierung und Schichtdicke gewinnt. Aus diesem Grund verwenden Materialforscher diese Technik zur Analyse einer großen Bandbreite von Materialien, von Pulvern bis hin zu Feststoffen, dünnen Filmen und Nanomaterialien.

Die Röntgenbeugung (XRD) ist eine vielseitige zerstörungsfreie Analysetechnik zur Analyse physikalischer Eigenschaften wie Phasenzusammensetzung, Kristallstruktur und Ausrichtung von Pulver-, Feststoff- und Flüssigkeitsproben.

Viele Materialien bestehen aus winzigen Kristalliten. Die chemische Zusammensetzung und der Strukturtyp dieser Kristalle werden als Phasen bezeichnet. Materialien können einphasige oder mehrphasige Gemische sein und kristalline und nichtkristalline Komponenten enthalten. Auf einem Röntgendiffraktometer ergeben unterschiedliche Kristallphasen unterschiedliche Beugungsmuster. Die Phasenidentifikation kann durch den Vergleich von Röntgenbeugungsmustern unbekannter Proben mit Mustern in Referenzdatenbanken erfolgen.

Ein Röntgeninstrument besteht aus drei Hauptelementen: einer Röntgenquelle, einem Probenhalter und einem XRD-Detektor. Die von der Quelle erzeugten Röntgenstrahlen beleuchten die Probe. Anschließend wird es durch die Probenphase gebeugt und gelangt in den Detektor. Durch Bewegen des Rohrs oder der Probe und des Detektors zur Änderung des Beugungswinkels (des Winkels zwischen dem einfallenden und dem gebeugten Strahl) wird die Intensität gemessen und die Beugungsdaten aufgezeichnet. Abhängig von der Geometrie des Diffraktometers und dem Probentyp kann der Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und der Probe fest oder variabel sein und wird normalerweise an den Winkel des gebeugten Strahls angepasst.

Viele Forscher in industriellen und wissenschaftlichen Laboren verlassen sich auf die Röntgenbeugungsanalyse (XRD) als Werkzeug zur Entwicklung neuer Materialien oder zur Steigerung der Fertigungseffizienz. Innovationen in der Röntgenbeugung folgen eng der Forschung an neuen Materialien, etwa in der Halbleitertechnologie oder der Pharmaforschung. Die industrielle Forschung zielt darauf ab, Produktionsprozesse immer schneller und effizienter zu gestalten. Vollautomatische Röntgenbeugungsanalysen in Bergbau- und Baustoffproduktionsstätten führen zu kostengünstigeren Lösungen für die Produktionskontrolle.

Die Hauptanwendungen der Röntgenbeugung sind: qualitative und quantitative Phasenanalyse von reinen Substanzen und Gemischen. Die gebräuchlichste Methode zur Phasenanalyse wird allgemein als Röntgenpulverbeugung bezeichnet. Darüber hinaus wird diese Technik zur Analyse von Phasenänderungen unter anderen spezifischen Bedingungen wie Temperatur, Feuchtigkeit und angewandtem Druck verwendet. Ebenso wird diese Technik verwendet, um physikalische Eigenschaften wie Kristallgröße (Durchmesser), Kristallorientierung und Eigenspannung zu analysieren (zusammen werden diese als Mikrostruktur polykristalliner Materialien bezeichnet).

Viele dieser Techniken können auch für polykristalline Schichtmaterialien wie Beschichtungen und dünne Filme verwendet werden. Bei der Untersuchung kleiner Bereiche in polykristallinen Materialien kommt eine Methode namens Mikrobeugung zum Einsatz.

Unsere Organisation verfügt über einen starken Mitarbeiterstamm, der die Entwicklungen im Bereich Wissenschaft und Technologie weltweit aufmerksam verfolgt und sich ständig verbessert. Zu den zahlreichen Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien, die wir für Unternehmen in verschiedenen Branchen anbieten, gehören auch Dienstleistungen im Bereich „Röntgenbeugungsanalyse (XRD)“.