DIFRAÇÃO DE RAIOS-X
Sérgio Pezzin
PGCEM - UDESC
2010
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-X
Método do Pó
Difração de Raios-X
Single 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.
Difração de Raios-X
• 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.
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.
• Alguns materiais podem ter mais que uma estrutura
cristalina. Isto é conhecido como polimorfismo (ou
alotropia).
• 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
• Os raios-X incidentes difratam a partir dos planos cristalinos.
distância
extra
percorrida
p/ onda “2”
q
q

d
A medida do ângulo
crítico, qc, permite
computar a distância
interplanar, d.
As reflexões devem
estar em fase para gerar
um sinal detectável
Adapted from Fig. 3.19,
Callister 7e.
espaçamento
entre
planos
X-ray
intensity
(from
detector)
d=
n
2 sin qc
q
qc
Perfil de um Difratograma de Raios-X
z
z
Intensity (relative)
c
a
x
z
c
b
y (110)
a
x
c
b
y
a
x (211)
(200)
Diffraction angle 2q
Difratograma do ferro a policristalino (BCC)
Adapted from Fig. 3.20, Callister 5e.
b
y
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 Ângulo
SAXS
• 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 do
perfil 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 de
cristalito 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.