D1 Difracción de Rayos X (XRD)

Tópico

La difracción de rayos X sobre este metal, el método experimental que describe este modelo, hace incidir un haz de rayos X sobre la muestra y registra, en función del ángulo de incidencia, la intensidad de la radiación que esa muestra difracta: es la ley de Bragg la que interpreta los ángulos en los que aparece esa difracción, identificando a partir de ellos tanto las fases cristalinas presentes en este metal como el espaciamiento interplanar de los planos atómicos de cada una de esas fases. Que dos fases cristalinas distintas tengan espaciamientos interplanares distintos entre sí hace que, según esta misma ley de Bragg, cada una de ellas difracte a un ángulo distinto, permitiendo distinguirlas entre sí dentro del mismo patrón de difracción.

Ese mismo patrón de difracción, además de revelar en qué ángulos aparece cada fase cristalina, revela también qué tan anchos son los picos de difracción correspondientes a cada una de ellas, y es la ecuación de Scherrer la que convierte ese ancho de pico en el tamaño de cristalita de la fase correspondiente: cuanto más pequeña es la cristalita que difracta, menos planos atómicos consecutivos contribuyen a reforzar constructivamente esa difracción, y más se ensancha, en consecuencia, el pico resultante. Que los picos de difracción de este metal sean más anchos hace que, según esta ecuación de Scherrer, el tamaño de cristalita estimado a partir de ellos sea menor.

Ese mismo ensanchamiento de los picos de difracción, sin embargo, no se debe únicamente al tamaño de cristalita que ya estima la ecuación de Scherrer, sino también a la microdeformación acumulada dentro de esta muestra, y es el análisis de Williamson-Hall el que separa, dentro de ese mismo ensanchamiento, cuánto le corresponde a cada una de esas dos contribuciones: al comparar cómo varía el ancho de los distintos picos de difracción de esta muestra con el ángulo al que aparece cada uno de ellos, este análisis distingue la contribución que no depende de ese ángulo, atribuible al tamaño de cristalita, de la contribución que sí depende de él, atribuible a la microdeformación. Que la microdeformación acumulada dentro de esta muestra sea mayor hace que, según este análisis de Williamson-Hall, una porción mayor de ese ensanchamiento total de los picos se le atribuya a ella, en lugar de atribuírsele al tamaño de cristalita.

Por eso este modelo, con la ley de Bragg y el patrón de difracción con los que se abrió, alimenta a otros dos modelos de este conjunto: el que describe las fases de este metal, con las fases cristalinas que esta misma ley de Bragg ya identifica, y el que describe el tamaño de grano de este metal, con el tamaño de cristalita que ya estima, dentro de ese mismo patrón de difracción, la ecuación de Scherrer. Que esta misma ley de Bragg y esta misma ecuación de Scherrer ya se reutilicen, con ese mismo propósito, en otro modelo de un conjunto de materiales distinto, el que describe la difracción de rayos X de un cerámico, hace que este método experimental no sea exclusivo de los metales, sino un método compartido por buena parte de este conjunto de modelos, cada vez que hay una fase cristalina que identificar.

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