difraÇÃo de raios-x pgcem - udesc 2010 sérgio pezzin
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DIFRAÇÃO DE RAIOS-X
PGCEM - UDESC
2010
Sérgio Pezzin
Difração de Raios-X
Difração de Raios-X
• Não se pode resolver espaçamentos
• Espaçamento é a distância entre planos de átomos paralelos.
Difração de Raios-X
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-X
Geração de Raios-X
Difração de Raios-X
Geração de Raios-X
Difração de Raios-X
Geração de Raios-X
Difração 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.
Difração de Raios-X
• 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).
Difração de Raios-X
• 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
outg
oing
X-ra
ys
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
(re
lativ
e)
z
x
ya b
cz
x
ya b
c
Cristalinidade em Polímeros
Cristalinidade em Polímeros
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
Cristalização de Polímeros
• Modelo da Micela Franjada
Cristalização de Polímeros
• Morfologia de polímeros
Cristalinidade em Polímeros
Cristalização 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.
Difração de Raios-X
Difração de Raios-X
Difração de Raios-X
Difração de Raios-X
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.