Thiết bị nhiễu xạ tia X (XRD) dựa trên nguyên lý nhiễu xạ Prague, tiết lộ cấu trúc tinh thể, thành phần pha vật chất và trạng thái ứng suất của vật chất bằng cách đo tín hiệu nhiễu xạ tia X trong tinh thể. Nguyên tắc làm việc cốt lõi của nó có thể được chia thành các liên kết sau:

I. Sản xuất tia X: chuyển đổi năng lượng của các electron tốc độ cao tác động đến mục tiêu

XRD sử dụng các ống tia X làm nguồn sáng và cathode của nó phát ra dòng điện tử tốc độ cao tác động đến các mục tiêu anode (như mục tiêu Cu) với gia tốc điện trường cao hàng chục nghìn volt. Các electron tương tác với các electron bên trong của nguyên tử đích để các electron bên trong bị kích thích và các electron bên ngoài giải phóng các tia X có bước sóng cụ thể khi chúng nhảy để lấp đầy khoảng trống. Ví dụ, mục tiêu Cu tạo ra bước sóng tia K-alpha là 0,154nm, phù hợp với hầu hết các phân tích cấu trúc tinh thể.

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

Khi tia X đơn sắc chiếu vào tinh thể, các nguyên tử được sắp xếp đều đặn trong tinh thể trở thành nguồn tán xạ. Mỗi nguyên tử tán xạ có cùng bước sóng tia X như sóng tới, nhưng các pha khác nhau tùy thuộc vào sự khác biệt về vị trí nguyên tử. Do tính chất định kỳ của cấu trúc tinh thể, sóng tán xạ xảy ra giao thoa pha dài theo một hướng cụ thể (thỏa mãn phương trình Praha), tạo thành đỉnh nhiễu xạ. Phương trình Prague 2dsinθ=nλ là cơ sở lý thuyết cốt lõi, trong đó d là khoảng cách mặt tinh thể, θ là góc tới, n là chuỗi nhiễu xạ và λ là bước sóng tia X.

III. Phát hiện và xử lý tín hiệu: từ đỉnh nhiễu xạ đến thông tin cấu trúc

Các tia X nhiễu xạ điều chỉnh góc chính xác bằng máy đo góc (thành phần cốt lõi), được máy dò nhận và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Hệ thống ghi lại góc nhiễu xạ (2θ) và dữ liệu cường độ, tạo ra một bản đồ nhiễu xạ. Bằng cách phân tích vị trí, cường độ và hình dạng của đỉnh nhiễu xạ trong bản đồ, có thể xác định cấu trúc tinh thể (ví dụ như hệ tinh thể, thông số tế bào), thành phần pha (so sánh với thẻ PDF tiêu chuẩn) và ứng suất còn lại (phân tích độ lệch đỉnh). Ví dụ, độ tinh thể của vật liệu có thể được đánh giá bằng tỷ lệ cường độ của đỉnh so với tiếng ồn nền.