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Versuch V-WiSe 10 - Röntgenbeugung

Röntgenbeugung wird verwendet um die Kristallstruktur fester Materialien untersuchen zu können. Zum einen können Einkristalle mit einheitlichem homogenem Kristallgitter, aber auch polykristalline Materialien, bestehend aus verschiedenen kleineren kristallinen Domänen, charakterisiert werden.

Trifft die  Röntgenstrahlung mit einer Wellenlänge λ=10-1000pm, welche im Bereich atomarer Abstände liegt, auf ein periodisches Gitter eines Kristalls wird diese an den Netzebenen gebeugt. Über die Winkelabhängigkeiten (2θ) der auftretenden Reflexe können dann mit Hilfe der Bragg-Bedingung (nλ = 2dsin(θ) ) die zugrunde liegenden Netzebenenabstände (d) bestimmt werden.

Somit kann auf die Kristallinität und Orientierung eines bestimmten Materials geschlossen werden. Darüber hinaus können auch die unterschiedlichen Phasen/Polymorphen eines Materials unterschieden werden. So zeigt das organische Halbleitermolekül Pentacen beispielsweise je nach Herstellungsparametern die Ausbildung unterschiedlicher Polymorphismen, welche sich über eine Änderung der Netzebenabstände in der Peak Position des Röntgenspektrums zeigen. 

Dabei ist es besonders wichtig, dass die verwendete Röntgenstrahlung monochromatisch ist, da ansonsten durch das Auftreten vieler weiterer Reflexe die Interpretation erschwert wird. Beispielsweise kann die charakteristischen Kα Strahlung des Anodenmaterials der Röntgenröhre verwendet werden.

Im ersten Teil des Versuches wird die erzeugte Röntgenstrahlung in Abhängigkeit von der der Beschleunigungsspannung und dem Emissionsstrom der Elektronenröhre untersucht, sowie der Einfluss verschiedener Absorber-Materialien.
Je nach Auflösungsvermögen des Detektors kann neben der Kα und Kβ Strahlung des Anodenmaterials und  Fremdatomen, ebenfalls die Feinstrukturaufspaltung in Kα1 und Kα2 detektiert werden.

Monochromatische Röntgenstrahlung wird verwendet um Mithilfe einer Debye-Scherrer Aufnahme die Struktur einer polykristallinen Probe zu identifizieren. Im Gegensatz dazu wird bei der Laue-Aufnahme weißes Röntgenlicht verwendet, um qualitative Informationen über die Struktur und die Symmetrie einer Probe zu erhalten. Bei beiden Verfahren wird das Beugungsmuster auf einer zu entwickelnden Fotoplatte sichtbar. Neben den Einblicken in die Röntgenbeugung bietet dieser Versuch eine gute Gelegenheit das im Laboralltag oft wichtige Zeitmanagement aktiv zu trainieren.