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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.
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DIFRAÇÃO DE RAIOS-X Sérgio Pezzin PGCEM - UDESC 2010
Difração de Raios-X • Não se pode resolver espaçamentos • Espaçamento é a distância entre planos de átomos paralelos.
Difração de Raios-XGeração 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-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.
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.
detector “1” incoming As reflexões devem X-rays “2” estar em fase para gerar “1” um sinal detectável outgoing X-rays l distância “2” Adapted from Fig. 3.19, Callister 7e. extra q q percorrida espaçamento p/ onda “2” d entre planos X-ray nl intensity q d= c 2sin (from detector) q q c Raios-X para Determinação da Estrutura Cristalina • Os raios-X incidentes difratam a partir dos planos cristalinos. A medida do ângulo crítico, qc, permite computar a distância interplanar, d.
z z z c c c y y y a a a b b b x x x Perfil de um Difratograma de Raios-X (110) (211) Intensity (relative) (200) Diffraction angle 2q Difratograma do ferro a policristalino (BCC) Adapted from Fig. 3.20, Callister 5e.
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
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 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.
