Röntgenbeugung

Röntgenbeugung ist ein analytisches Verfahren zur Untersuchung von Kristallstrukturen durch Streuung von Röntgenstrahlen an der regelmäßigen Anordnung der Atome in Kristallen. Die Beugung entsteht, wenn die Wellenlänge des Strahls mit den Abständen der Gitterebenen vergleichbar ist. Historisch lieferte von Laue 1912 den Beleg für Beugung durch Kristalle, kurz darauf formulierten Bragg und Bragg 1913 das Bragg-Gesetz, das bis heute die Grundlage der Auswertung bildet.

Das Kerngleichnis der Methode ist Bragg’s Gesetz: nλ = 2d sin θ, wobei n eine Ganzzahl ist, λ die Wellenlänge des Röntgenstrahls, d der Abstand zweier Kristallebenen und θ der Einfallswinkel des Strahls zur Ebene. Für gegebene Ebenen (mit Miller-Indizes hk l) ergeben sich charakteristische Beugungsmaxima, aus deren Positionen und Intensitäten die Kristallstruktur abgeleitet wird.

Es gibt verschiedene Ausführungen der Röntgenbeugung. Die Pulverbeugung (PXRD) dient der Phasenidentifikation und Bestimmung von Gitterparametern, während die Einzelkristallbeugung eine vollständige dreidimensionale Struktur liefert. Die Laue-Methode und Debye-Scherrer-Setups werden ebenfalls genutzt. Typische Instrumente sind eine Röntgenquelle (häufig Kupferanode, Cu Kα λ ≈ 1,540 Å), Monochromator, Goniometer und Detektoren. Die Interpretation erfolgt durch Zuordnung der Spitzen zu d-Spacings, Indexierung und oft durch Rietveld-Verfeinerung.

Anwendungen umfassen Phasenidentifikation, Bestimmung von Kristallstrukturen und Gitterparametern, Qualitätskontrolle von Materialien sowie Untersuchungen von Dünnschichten und Texturen. Beschränkungen ergeben sich aus der Notwendigkeit regelmäßer Ordnung, Überlappungen von Peaks und Probenvorbereitung; Strahlenexposition erfordert geeignete Sicherheitsmaßnahmen.