X-레이 회절 (XRD) 소개
X-레이 회절(XRD)은 재료의 결정 구조, 화학적 조성 및 기타 속성을 연구하는 강력한 분석 기술입니다. 이 기술은 X-레이와 결정성 시료 내 전자와의 상호작용에 기반하며, 산란된 X-레이의 구성적 간섭으로 인해 회절 패턴이 형성됩니다. 이 패턴에는 원자의 배치, 단위 셀의 크기 및 모양, 결정 격자의 대칭성에 대한 정보가 포함되어 있습니다.
X-레이 회절의 원리
X-레이가 결정성 시료에 조사될 때, 원자 내 전자에 의해 X-레이가 산란됩니다. 결정 내 원자의 규칙적인 배열로 인해 산란된 X-레이는 서로 간섭하여 밝은 점들로 이루어진 회절 패턴, 즉 브래그 피크 또는 반사를 생성합니다. 이 피크의 위치와 강도는 결정 구조에 의해 결정되며, 이를 분석하여 재료의 속성을 밝힐 수 있습니다.
브래그 피크와 결정 격자의 위치 관계는 브래그의 법칙으로 설명됩니다:
n * λ = 2 * d * sin(θ)
n은 반사의 차수를 나타내는 정수입니다.λ은 X-레이의 파장입니다.d는 결정 격자 내 인접한 원자 평면 간의 거리입니다.θ는 입사 X-레이와 회절 평면 간의 각도입니다.
브래그 피크의 각도와 강도를 측정하고 브래그의 법칙을 사용함으로써, 연구자들은 재료의 결정 구조, 단위 셀 차원 및 재료 내 원자 위치를 결정할 수 있습니다. 이 정보는 재료의 속성과 행동을 이해하고 특정 특성을 가진 새로운 재료를 설계하는 데 중요합니다.
X-레이 회절의 응용
- 재료 과학: XRD는 금속, 세라믹, 폴리머 등의 결정 구조, 상 조성, 결함을 연구하는 데 사용됩니다.
- 화학: XRD는 유기 및 무기 화합물의 결정 구조를 결정하는 데 사용됩니다.
- 광물학 및 지질학: XRD는 광물의 식별 및 특성화에 사용됩니다.
- 생물학: XRD는 생물학적 거대분자의 구조를 연구하는 데 사용됩니다.
- 제약 산업: XRD는 활성 제약 성분 및 부형제의 결정 구조, 다형성, 안정성을 연구하는 데 사용됩니다.
회절 현상
회절은 전자기파(예: 빛)가 경로상의 장애물이나 개구부를 만났을 때 발생하는 현상입니다. 전자기파는 장애물이나 개구부와 상호작용하면서 굽히고, 퍼지며, 서로 간섭하여 원래의 전파 방향에서 벗어난 새로운 파동 패턴을 생성합니다.
- 단일 슬릿 회절: 좁은 단일 슬릿을 통과한 빛이 스크린에 도달하면, 중앙 밝은 줄무늬(최대값)와 주변 밝고 어두운 줄무늬(최대값과 최소값)로 이루어진 회절 패턴이 형성됩니다.
- 이중 슬릿 회절: 영의 이중 슬릿 실험에서, 두 개의 좁고 가까운 슬릿을 통과한 빛은 스크린에 간섭 패턴을 형성합니다.
- 회절 격자: 회절 격자는 광학 요소로, 빛을 그 구성 파장으로 분산시키는 데 사용됩니다.
- X-레이 회절: X-레이 회절은 재료의 결정 구조를 연구하는 기술입니다.
