X-선 회절 (결정 구조 파악, Bragg의 법칙)

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안녕하세요

오늘은 고체 재료 내에 원자나 분자의 배열, 결정 구조의 파악이 가능한

X-선 회절 분석에 대해서 설명드리겠습니다.

먼저 위의 파동에 대해서 설명드리고자 합니다.

보강 간섭이란 두 파동의 진폭이 서로 합쳐지는 것을 이야기하고

그 반대인 상쇄 간섭이란 두 파동의 진폭이 상쇄되어 소멸하는 경우를 이야기 합니다.

X-선 회절은 파동의 위상차의 결과로 일어나게 되고, 서로 보강 간섭하는 수많은 파동에 의해서 이루어집니다.

X-선이 고체 재료에 투사될 때,

진행 방향에 놓여있는 원자나 전자에 의해서 산란(회절, 보강간섭)이 일어나게 됩니다.

이를 통해 원자의 배열에 따른 결정구조의 종류를 파악 할 수 있게 되는 것입니다.

이런 회절이 일어나기 위한 조건을 Bragg의 법칙을 통해 증명할 수 있습니다.

(출처: 재료과학과 공학 서적)

위의 그림은 1과 2로 표시된 입사빔이 원자 P, Q에 의해서 회절이 일어나게 되는 것을 나타내주고 있습니다.

회절선 1'와 2' 간의 보강 간섭은 1-P-1'와 2-Q-2'의 파장의 정수배 n과 같을 때 면에서 θ의 각도로 일어나게 됩니다.

위의 식이 Bragg의 법칙입니다.

Bragg의 법칙을 만족하게 되면 보강 간섭이 발상하게 되고 높은 강도의 회절빔이 발생하게 됩니다.

입방구조일때 아래의 공식을 만족합니다.

면을 이루는 h, k, l의 값에 따라서 거리값이 달라지게 되며

그에따른 peak가 발생하는 각도가 달라지게됩니다.

예를들어,

FCC 구조에서 h,k,l이 모두 짝수이거나 홀수 일때 회절이 일어나고,

BCC 구조에서 h+k+l의 합이 짝수 일 때, 회절이 발생하게 됩니다.

이번 포스팅을 마지막으로 고체 재료의 구조에 대해서 마무리하겠습니다.

다음엔 새로운 주제로 찾아뵙겠습니다.