Difracao Raios X

$Page 1: Difracao Raios X$
DIFRAÇÃO DE RAIOS-X

PGCEM - UDESC

2010

Sérgio Pezzin

Difração de Raios-X


• Não se pode resolver espaçamentos

• Espaçamento é a distância entre planos de átomos paralelos.


Geração de Raios-X

• Os Raios-X são gerados quando uma partícula de alta energia cinética é rapidamente desacelerada (Bremsstrahlung) ou por captura eletrônica .

• O método mais utilizado para produzir raios-X é fazendo com que um elétron de alta energia (gerado no cátodo do tubo catódico) colida com um alvo metálico (ânodo).

• Quando esse elétron atinge o alvo (I), um elétron da camada K de um átomo do material é liberado na forma de fotoelétron (II), fazendo com que haja uma vacância nessa camada. Para ocupar o espaço deixado por esse elétron, um outro elétron de uma camada mais externa passa à camada K (III), liberando energia na forma de um fóton de Raio-X (IV).

• A energia desse fóton corresponde à diferença de energia entre as duas camadas.





Difração de Raios-XGeração de Raios-X


Difração de Raios-XMétodo do Pó

Difração de Raios-XSingle Crystal

• Os métodos cristalográficos permitem determinar as posições relativas de todos os átomos que constituem a molécula (estrutura molecular) e a posição relativa de todas as moléculas na cela unitária do cristal.

• Os átomos e moléculas podem se arranjar em estruturas cristalinas ou amorfas.

• Podemos predizer a densidade (da parte cristalina) de um material desde que saibamos a massa molecular, raio de giração e geometria cristalina.


• Pontos, direções e planos cristalográficos são especificados em termos de índices cristalográficos.

• Alguns materiais podem ter mais que uma estrutura cristalina. Isto é conhecido como polimorfismo (ou alotropia).


• Materiais podem ser constituidos de cristais únicos (single crystals) ou serem policristalinos. • As propriedades geralmente variam com a orientação do cristal único (i.e., são anisotrópicas), mas são geralmente não-direcionais (i.e., isotrópicas) em materiais policristalinos com domínios (ou grãos) orientados aleatoriamente.

• A difração de raios-X é usada para determinar a estrutura cristalina, o espaçamento interplanar e o grau de cristalinidade.

Raios-X para Determinação da Estrutura Cristalina

X-ray intensity (from detector)

c

d n

2 sinc

A medida do ângulo crítico, c, permite computar a distância interplanar, d.

• Os raios-X incidentes difratam a partir dos planos cristalinos.

Adapted from Fig. 3.19, Callister 7e.

As reflexões devem estar em fase para gerar um sinal detectável

espaçamento entre planos

d

incoming

X-rays

outgo

ing X

-rays

detector

distância extra percorrida p/ onda “2”

“1”

“2”

“1”

“2”

Perfil de um Difratograma de Raios-X

Adapted from Fig. 3.20, Callister 5e.

(110)

(200)

(211)

z

x

ya b

c

Diffraction angle 2

Difratograma do ferro policristalino (BCC)

Inte

nsity

(rel

ativ

e)

z

x

ya b

cz

x

ya b

c

Cristalinidade em Polímeros



Cristalização de Polímeros

• Estrutura cristalina - Morfologia– Modelo da Micela franjada - Staudinger (1920)– Teoria das lamelas (~1950)– Estrutura esferulítica - MOLP– “Shish Kebab”– determinação direta - Difração de raios-X– tipo e abundância de defeitos - difícil de

determinar


• Modelo da Micela Franjada


• Morfologia de polímeros



• Condições de Cristalização– estrutura molecular regular e relativamente

simples– liberdade para mudanças conformacionais– agentes de nucleação– velocidade de resfriamento - gradiente de T– pressão de moldagem (secundária)– estiramento do polímero durante processo.






Cristais de Polietileno

Cristais de Polietileno

Difração X Espalhamento

• O fenômeno de difração de raios-x envolve uma mudança de 90o da polarização do feixe difratado em relação ao incidente

• Espalhamento não existe correlação de polarização entre o feixe de saída e o incidente

• No espalhamento nenhuma nova onda é excitada, apenas o feixe de raios-x incidente é refletido pela densidade eletrônica das fases presentes na amostra.

Difração de Baixo ÂnguloSAXS

• Incidência razante • Varredura do detector• Penetração do feixe apenas em

espessura de poucos micrômetros• Percorre o espaço recíproco de forma

distinta à varredura -2

Análise do Alargamento doperfil de difração

• A análise do alargamento do perfil de difração constitui uma técnica valiosa para o conhecimento da estrutura e parâmetros físicos de materiais cristalinos, como:

• tamanho médio de cristalitos,• microdeformação e• heterogeneidade.

Determinação do tamanho decristalito e microtensão

• Cristalitos ou domínios de difração correspondem a regiões coerentes de difração, nas quais não existe diferença de orientação cristalográfica entre as células unitárias.

• A limitação destes domínios coerentes de difração é provocada por defeitos superficiais tais como:

• falha de empilhamento e• microtrincas.

Documents

Difracao Raios X