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. 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 outgoing X-rays detector q l distância extra percorrida p/ onda “2” “1” “2” X-ray intensity (from detector) q c d = n l 2 sin A medida do ângulo crítico, qc, permite computar a distância interplanar, d.

Perfil de um Difratograma de Raios-X z x y a b c z x y a b c z x y a b c (110) (211) Intensity (relative) (200) Diffraction angle 2q Difratograma do ferro a policristalino (BCC) Adapted from Fig. 3.20, Callister 5e.

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.