Diffraction des poudres - Powder diffraction

Motif de poudre d'électrons (rouge) d'un film d'Al avec une superposition en spirale fcc (vert) et une ligne d'intersections (bleu) qui détermine le paramètre de réseau.

Diffraction des rayons X sur poudre de Y ₂ Cu ₂ O ₅ et raffinement Rietveld avec deux phases, montrant 1% d' impureté d' oxyde d'yttrium (tickers rouges).

La diffraction des poudres est une technique scientifique utilisant la diffraction des rayons X , des neutrons ou des électrons sur des échantillons de poudre ou microcristallins pour la caractérisation structurelle des matériaux. Un instrument dédié à la réalisation de telles mesures de poudre est appelé diffractomètre de poudre .

La diffraction des poudres contraste avec les techniques de diffraction sur monocristal, qui fonctionnent mieux avec un seul cristal bien ordonné.

Explication

Un diffractomètre produit un rayonnement électromagnétique (ondes) avec une longueur d'onde et une fréquence connues, qui sont déterminées par leur source. La source est souvent les rayons X , car ils sont le seul type d'énergie avec la longueur d'onde optimale pour la diffraction inter-atomique. Cependant, les électrons et les neutrons sont également des sources courantes, leur fréquence étant déterminée par leur longueur d'onde de de Broglie . Lorsque ces ondes atteignent l'échantillon, le faisceau entrant est soit réfléchi par la surface, soit peut pénétrer dans le réseau et être diffracté par les atomes présents dans l'échantillon. Si les atomes sont disposés symétriquement avec une distance de séparation d, ces ondes n'interfèrent de manière constructive que lorsque la différence de longueur de trajet 2dsinθ est égale à un multiple entier de la longueur d'onde, produisant un maximum de diffraction conformément à la loi de Bragg . Ces ondes interfèrent de manière destructive aux points entre les intersections où les ondes sont déphasées et ne conduisent pas à des points lumineux dans le diagramme de diffraction. Parce que l'échantillon lui-même agit comme le réseau de diffraction, cet espacement est le [espacement atomique].

La distinction entre la diffraction sur poudre et sur monocristal est le degré de texturation dans l'échantillon. Les monocristaux ont une texturation maximale et sont dits anisotropes . En revanche, en diffraction sur poudre, chaque orientation cristalline possible est représentée de manière égale dans un échantillon pulvérulent, le cas isotrope . La diffraction des rayons X sur poudre (PXRD) fonctionne en supposant que l'échantillon est arrangé de manière aléatoire. Par conséquent, un nombre statistiquement significatif de chaque plan de la structure cristalline sera dans la bonne orientation pour diffracter les rayons X. Par conséquent, chaque plan sera représenté dans le signal. En pratique, il est parfois nécessaire de faire pivoter l'orientation de l'échantillon pour éliminer les effets de texturation et obtenir un véritable caractère aléatoire.

Mathématiquement, les cristaux peuvent être décrits par un réseau de Bravais avec une certaine régularité dans l'espacement entre les atomes. En raison de cette régularité, nous pouvons décrire cette structure d'une manière différente en utilisant le réseau réciproque , qui est lié à la structure d'origine par une transformée de Fourier . Cet espace tridimensionnel peut être décrit avec des axes réciproques x*, y* et z* ou bien en coordonnées sphériques q, * et *. En diffraction sur poudre, l'intensité est homogène sur φ* et χ*, et seul q reste comme grandeur mesurable importante. En effet, le moyennage orientationnel fait que l' espace réciproque tridimensionnel qui est étudié en diffraction monocristalline est projeté sur une seule dimension.

Installation de diffraction de poudre bidimensionnelle avec détecteur à plaque plate.

Lorsque le rayonnement diffusé est collecté sur un détecteur à plaque plate, le moyennage en rotation conduit à des anneaux de diffraction lisses autour de l'axe du faisceau, plutôt qu'aux points de Laue discrets observés dans la diffraction sur monocristal. L'angle entre l'axe du faisceau et l'anneau est appelé angle de diffusion et en cristallographie aux rayons X toujours noté 2θ (en diffusion de la lumière visible, la convention est généralement de l'appeler θ). Conformément à la loi de Bragg , chaque anneau correspond à un vecteur de réseau réciproque particulier G dans le cristal échantillon. Cela conduit à la définition du vecteur de diffusion comme :

${\displaystyle |G|=q=2k\sin(\theta )={\frac {4\pi }{\lambda }}\sin(\theta ).\,}$

Dans cette équation, G est le vecteur de réseau réciproque, q est la longueur du vecteur de réseau réciproque, k est le vecteur de transfert de quantité de mouvement, est la moitié de l'angle de diffusion et est la longueur d'onde de la source. Les données de diffraction de poudre sont généralement présentées sous la forme d'un diffractogramme dans lequel l'intensité diffractée, I, est représentée soit en fonction de l'angle de diffusion 2θ, soit en fonction de la longueur du vecteur de diffusion q. Cette dernière variable présente l'avantage que le diffractogramme ne dépend plus de la valeur de la longueur d'onde . L'avènement des sources synchrotron a considérablement élargi le choix de la longueur d'onde. Pour faciliter la comparabilité des données obtenues avec différentes longueurs d'onde, l'utilisation de q est donc recommandée et gagne en acceptabilité.

Les usages

Par rapport à d'autres méthodes d'analyse, la diffraction des poudres permet une analyse rapide et non destructive de mélanges à plusieurs composants sans avoir besoin d'une préparation approfondie des échantillons. Cela donne aux laboratoires du monde entier la possibilité d'analyser rapidement des matériaux inconnus et d'effectuer la caractérisation des matériaux dans des domaines tels que la métallurgie, la minéralogie, la chimie, la médecine légale, l'archéologie, la physique de la matière condensée et les sciences biologiques et pharmaceutiques. L'identification est effectuée par comparaison du diagramme de diffraction à une norme connue ou à une base de données telle que le Powder Diffraction File (PDF) de l' International Center for Diffraction Data ou la Cambridge Structural Database (CSD). Les progrès du matériel et des logiciels, en particulier l'optique améliorée et les détecteurs rapides, ont considérablement amélioré la capacité analytique de la technique, en particulier par rapport à la vitesse de l'analyse. La physique fondamentale sur laquelle la technique est basée fournit une grande précision et exactitude dans la mesure des espacements interplanaires, parfois à des fractions d' ngström , résultant en une identification faisant autorité fréquemment utilisée dans les brevets, les affaires pénales et d'autres domaines de l'application de la loi. La capacité d'analyser des matériaux multiphasiques permet également d'analyser la façon dont les matériaux interagissent dans une matrice particulière telle qu'un comprimé pharmaceutique, un circuit imprimé, une soudure mécanique, un échantillonnage de carottes géologiques, du ciment et du béton, ou un pigment trouvé dans une peinture historique. La méthode a été historiquement utilisée pour l'identification et la classification des minéraux, mais elle peut être utilisée pour presque tous les matériaux, même amorphes, tant qu'un modèle de référence approprié est connu ou peut être construit.

Identification des phases

L'utilisation la plus répandue de la diffraction sur poudre est l'identification et la caractérisation des solides cristallins, dont chacun produit un motif de diffraction distinctif. Les positions (correspondant aux espacements de réseau) et l'intensité relative des lignes dans un motif de diffraction sont indicatives d'une phase et d'un matériau particuliers, fournissant une "empreinte digitale" pour la comparaison. Un mélange multiphasique, par exemple un échantillon de sol, présentera plus d'un motif superposé, permettant la détermination des concentrations relatives des phases dans le mélange.

JD Hanawalt, un chimiste analytique qui a travaillé pour Dow Chemical dans les années 1930, a été le premier à réaliser le potentiel analytique de la création d'une base de données. Aujourd'hui, il est représenté par le Powder Diffraction File (PDF) de l' International Center for Diffraction Data (anciennement Joint Committee for Powder Diffraction Studies). Cela a été rendu consultable par ordinateur grâce au travail de développeurs de logiciels et de fabricants d'équipements mondiaux. Il existe maintenant plus de 1 047 661 matériaux de référence dans les bases de données de fichiers de diffraction des poudres 2021, et ces bases de données sont interfacées avec une grande variété de logiciels d'analyse de diffraction et distribuées dans le monde entier. Le fichier de diffraction des poudres contient de nombreux sous-fichiers, tels que minéraux, métaux et alliages, produits pharmaceutiques, médecine légale, excipients, supraconducteurs, semi-conducteurs, etc., avec de grandes collections de matériaux de référence organiques, organométalliques et inorganiques.

Cristallinité

Contrairement à un motif cristallin constitué d'une série de pics aigus, les matériaux amorphes (liquides, verres, etc.) produisent un large signal de fond. De nombreux polymères présentent un comportement semi - cristallin , c'est -à- dire qu'une partie du matériau forme une cristallite ordonnée par repliement de la molécule. Une même molécule de polymère peut très bien être repliée en deux cristallites adjacents différents et former ainsi un lien entre les deux. La partie de liaison est empêchée de cristalliser. Le résultat est que la cristallinité n'atteindra jamais 100%. La poudre XRD peut être utilisée pour déterminer la cristallinité en comparant l'intensité intégrée du motif de fond à celle des pics nets. Les valeurs obtenues à partir de la poudre XRD sont généralement comparables mais pas tout à fait identiques à celles obtenues à partir d'autres méthodes telles que la DSC .

Paramètres de treillis

La position d'un pic de diffraction est indépendante des positions atomiques à l'intérieur de la cellule et entièrement déterminée par la taille et la forme de la maille élémentaire de la phase cristalline. Chaque pic représente un certain plan de réseau et peut donc être caractérisé par un indice de Miller . Si la symétrie est élevée, par exemple : cubique ou hexagonale, il n'est généralement pas trop difficile d'identifier l'indice de chaque pic, même pour une phase inconnue. Ceci est particulièrement important en chimie du solide , où l'on s'intéresse à la recherche et à l'identification de nouveaux matériaux. Une fois qu'un motif a été indexé, celui-ci caractérise le produit de réaction et l'identifie comme une nouvelle phase solide. Des programmes d'indexation existent pour traiter les cas les plus difficiles, mais si la maille élémentaire est très grande et la symétrie faible, le succès (triclinique) n'est pas toujours garanti.

Tenseurs de dilatation, module de masse

Dilatation thermique d'une poudre de soufre

Les paramètres de la cellule dépendent quelque peu de la température et de la pression. La diffraction des poudres peut être combinée avec un contrôle in situ de la température et de la pression. Au fur et à mesure que ces variables thermodynamiques sont modifiées, les pics de diffraction observés migreront en continu pour indiquer des espacements de réseau plus ou moins élevés à mesure que la cellule unitaire se déforme. Cela permet de mesurer des quantités telles que le tenseur de dilatation thermique et le module de masse isotherme , ainsi que la détermination de l' équation d'état complète du matériau.

Transitions de phase

À certains ensembles critiques de conditions, par exemple 0 °C pour l'eau à 1 atm, un nouvel arrangement d'atomes ou de molécules peut devenir stable, conduisant à une transition de phase . À ce stade, de nouveaux pics de diffraction apparaissent ou les anciens disparaissent selon la symétrie de la nouvelle phase. Si le matériau fond en un liquide isotrope, toutes les lignes nettes disparaîtront et seront remplacées par un large motif amorphe. Si la transition produit une autre phase cristalline, un ensemble de lignes sera soudainement remplacé par un autre ensemble. Dans certains cas, cependant, les lignes se diviseront ou fusionneront, par exemple si le matériau subit une transition de phase continue du second ordre. Dans de tels cas, la symétrie peut changer parce que la structure existante est déformée plutôt que remplacée par une structure complètement différente. Par exemple, les pics de diffraction pour les plans de réseau (100) et (001) peuvent être trouvés à deux valeurs différentes de q pour une phase tétragonale, mais si la symétrie devient cubique, les deux pics viendront à coïncider.

Affinement et détermination de la structure cristalline

La détermination de la structure cristalline à partir des données de diffraction de poudre est extrêmement difficile en raison du chevauchement des réflexions dans une expérience de poudre. Il existe un certain nombre de méthodes différentes pour la détermination structurelle, telles que le recuit simulé et le basculement de charge. Les structures cristallines des matériaux connus peuvent être affinées, c'est-à-dire en fonction de la température ou de la pression, par la méthode de Rietveld . La méthode de Rietveld est une technique dite d'analyse de motifs complets. Une structure cristalline, ainsi que des informations instrumentales et microstructurales, sont utilisées pour générer un schéma de diffraction théorique qui peut être comparé aux données observées. Une procédure des moindres carrés est ensuite utilisée pour minimiser la différence entre le motif calculé et chaque point du motif observé en ajustant les paramètres du modèle. Des techniques pour déterminer des structures inconnues à partir de données de poudre existent, mais sont quelque peu spécialisées. Un certain nombre de programmes pouvant être utilisés dans la détermination de la structure sont TOPAS, Fox, DASH, GSAS-II, EXPO2004 et quelques autres.

Élargissement de la taille et de la souche

De nombreux facteurs déterminent la largeur B d'un pic de diffraction. Ceux-ci inclus:

1. facteurs instrumentaux
2. la présence de défauts au treillis parfait
3. différences de souche dans différents grains
4. la taille des cristallites

Il est souvent possible de séparer les effets de taille et de contrainte. Lorsque l'élargissement de la taille est indépendant de q (K=1/d), l'élargissement de la déformation augmente avec l'augmentation des valeurs de q. Dans la plupart des cas, il y aura à la fois un élargissement de la taille et de la déformation. Il est possible de les séparer en combinant les deux équations dans ce qu'on appelle la méthode Hall-Williamson :

${\displaystyle B\cdot \cos(\theta )={\frac {k\lambda }{D}}+\eta \cdot \sin(\theta ),}$

Ainsi, lorsque nous traçons vs. nous obtenons une ligne droite avec pente et intercept . ${\displaystyle \displaystyle B\cdot \cos(\theta )}$${\displaystyle \displaystyle \sin(\theta )}$${\displaystyle \displaystyle \eta }$${\displaystyle \displaystyle {\frac {k\lambda }{D}}}$

L'expression est une combinaison de l' équation de Scherrer pour l'élargissement de la taille et de l'expression de Stokes et Wilson pour l'élargissement de la souche. La valeur de est la déformation dans les cristallites, la valeur de D représente la taille des cristallites. La constante k est généralement proche de l'unité et varie de 0,8 à 1,39.

Comparaison de la diffusion des rayons X et des neutrons

Les photons X se diffusent par interaction avec le nuage électronique du matériau, les neutrons sont diffusés par les noyaux. Cela signifie qu'en présence d'atomes lourds avec de nombreux électrons, il peut être difficile de détecter des atomes légers par diffraction des rayons X. En revanche, les longueurs de diffusion des neutrons de la plupart des atomes sont à peu près égales en amplitude. Les techniques de diffraction des neutrons peuvent donc être utilisées pour détecter des éléments légers tels que l'oxygène ou l'hydrogène en combinaison avec des atomes lourds. La technique de diffraction des neutrons a donc des applications évidentes à des problèmes tels que la détermination des déplacements d'oxygène dans des matériaux comme les supraconducteurs et les ferroélectriques à haute température, ou à la liaison hydrogène dans les systèmes biologiques.

Une autre complication dans le cas de la diffusion des neutrons à partir de matériaux hydrogénés est la forte diffusion incohérente de l'hydrogène (80.27(6) grange ). Cela conduit à un bruit de fond très élevé dans les expériences de diffraction des neutrons et peut rendre impossible les études structurelles. Une solution courante est la deutération, c'est-à-dire le remplacement des atomes 1-H dans l'échantillon par du deutérium (2-H). La longueur de diffusion incohérente du deutérium est beaucoup plus petite (2,05 (3) grange), ce qui facilite considérablement les investigations structurelles. Cependant, dans certains systèmes, le remplacement de l'hydrogène par du deutérium peut altérer les propriétés structurelles et dynamiques d'intérêt.

Comme les neutrons ont également un moment magnétique, ils sont en outre diffusés par tout moment magnétique dans un échantillon. Dans le cas de l'ordre magnétique à longue portée, cela conduit à l'apparition de nouvelles réflexions de Bragg. Dans la plupart des cas simples, la diffraction des poudres peut être utilisée pour déterminer la taille des moments et leur orientation spatiale.

Amas arrangés de façon apériodique

La prédiction de l'intensité diffusée dans les diagrammes de diffraction de la poudre à partir de gaz, de liquides et de nano-clusters distribués de manière aléatoire à l'état solide est (au premier ordre) effectuée de manière assez élégante avec l'équation de diffusion de Debye :

${\displaystyle I(q)=\sum _{i=1}^{N}\sum _{j=1}^{N}f_{i}(q)f_{j}(q){\frac { \sin(qr_{ij})}{qr_{ij}}},}$

où l'amplitude du vecteur de diffusion q est exprimée en unités de distance de réseau réciproque , N est le nombre d'atomes, f _i ( q ) est le facteur de diffusion atomique pour l'atome i et le vecteur de diffusion q , tandis que r _ij est la distance entre l'atome i et atome j . On peut également l'utiliser pour prédire l'effet de la forme des nanocristallites sur les pics de diffraction détectés, même si dans certaines directions l'amas n'a qu'un atome d'épaisseur.

Analyse semi-quantitative

L'analyse semi-quantitative de mélanges polycristallins peut être effectuée en utilisant des méthodes traditionnelles à pic unique telles que le rapport d'intensité relative (RIR) ou des méthodes de modèle entier utilisant le raffinement de Rietveld ou la méthode PONCKS (structures cristallines partielles ou non connues). L'utilisation de chaque méthode dépend de la connaissance du système analysé, étant donné que, par exemple, le raffinement de Rietveld a besoin de la structure cristalline résolue de chaque composant du mélange à effectuer. Au cours des dernières décennies, l'analyse multivariée a commencé à se répandre comme méthode alternative de quantification de phase.

Dispositifs

Appareils photo

Les caméras les plus simples pour la diffraction des rayons X sur poudre se composent d'un petit capillaire et soit d'un détecteur plat (à l'origine un morceau de film radiographique, maintenant de plus en plus un détecteur plat ou une caméra CCD ) ou cylindrique ( à l'origine un morceau de film dans un pot à biscuits, mais des détecteurs sensibles à la position de plus en plus courbés sont utilisés). Les deux types de caméras sont connus sous le nom de caméra Laue et Debye-Scherrer.

Afin d'assurer un moyennage complet de la poudre, le capillaire est généralement tourné autour de son axe.

Pour la diffraction des neutrons, des cylindres de vanadium sont utilisés comme porte-échantillons. Le vanadium a une section efficace d'absorption et de diffusion cohérente négligeable pour les neutrons et est donc presque invisible dans une expérience de diffraction de poudre. Le vanadium a cependant une section efficace de diffusion incohérente considérable qui peut poser des problèmes pour des techniques plus sensibles telles que la diffusion inélastique des neutrons.

Un développement ultérieur des caméras à rayons X est la caméra Guinier . Il est construit autour d'un monochromateur à cristal coudé de focalisation . L'échantillon est généralement placé dans le faisceau de focalisation, par exemple sous forme de saupoudrage sur un morceau de ruban adhésif. Un morceau de film cylindrique (ou détecteur électronique multicanal) est placé sur le cercle de focalisation, mais le faisceau incident empêche d'atteindre le détecteur pour éviter les dommages dus à sa haute intensité.

Les caméras basées sur la technologie de comptage de photons hybrides , telles que le détecteur PILATUS , sont largement utilisées dans les applications où des vitesses d'acquisition de données élevées et une qualité de données accrue sont requises.

Diffractomètres

Hémisphère de diffraction montrant l'entrée et diffractée faisceaux K ₀ et K qui sont inclinées d'un angle θ par rapport à la surface échantillon.

Les diffractomètres peuvent fonctionner aussi bien en transmission qu'en réflexion, mais la réflexion est plus courante. L'échantillon de poudre est chargé dans un petit récipient en forme de disque et sa surface est soigneusement aplatie. Le disque est placé sur un axe du diffractomètre et incliné d'un angle θ tandis qu'un détecteur ( compteur à scintillation ) tourne autour d' elle sur un bras de cet angle deux fois. Cette configuration est connue sous le nom de Bragg-Brentano θ -2 θ .

Une autre configuration est la configuration Bragg-Brentano θ - θ dans laquelle l'échantillon est stationnaire tandis que le tube à rayons X et le détecteur tournent autour de lui. L'angle formé entre la source de rayons X et le détecteur est égal à 2 θ . Cette configuration est la plus pratique pour les poudres libres.

Les réglages du diffractomètre pour différentes expériences peuvent être schématiquement illustrés par un hémisphère, dans lequel l'échantillon de poudre réside à l'origine. Le cas de l'enregistrement d'un motif dans le mode Bragg-Brentano θ - θ est illustré sur la figure, où K ₀ et K représentent les vecteurs d'onde du faisceau entrant et diffracté qui constituent tous deux le plan de diffusion. Divers autres paramètres pour les mesures de texture ou de contrainte/déformation peuvent également être visualisés avec cette approche graphique.

Les détecteurs sensibles à la position (PSD) et les détecteurs de zone, qui permettent la collecte sous plusieurs angles à la fois, deviennent de plus en plus populaires sur les instruments actuellement fournis.

Diffraction des neutrons

Les sources qui produisent un faisceau de neutrons d'intensité et de vitesse appropriées pour la diffraction ne sont disponibles que dans un petit nombre de réacteurs de recherche et de sources de spallation dans le monde. Les instruments à dispersion angulaire (longueur d'onde fixe) ont généralement une batterie de détecteurs individuels disposés de manière cylindrique autour du porte-échantillon, et peuvent donc collecter l'intensité diffusée simultanément sur une large plage de 2θ. Les instruments de temps de vol ont normalement une petite plage de bancs à différents angles de diffusion qui collectent des données à différentes résolutions.

Tubes à rayons X

L'équipement de diffraction des rayons X de laboratoire repose sur l'utilisation d'un tube à rayons X , qui est utilisé pour produire les rayons X . Le tube à rayons X de laboratoire le plus couramment utilisé utilise une anode en cuivre, mais le cobalt et le molybdène sont également populaires. La longueur d'onde en nm varie pour chaque source. Le tableau ci-dessous montre ces longueurs d'onde, déterminées par Bearden et citées dans les International Tables for X-ray Crystallography (toutes les valeurs en nm) :

Selon le dernier réexamen de Holzer et al. (1997), ces valeurs sont respectivement :

Autres sources

Les applications internes de la diffraction des rayons X ont toujours été limitées aux relativement peu de longueurs d'onde indiquées dans le tableau ci-dessus. Le choix disponible était bien nécessaire car la combinaison de certaines longueurs d'onde et de certains éléments présents dans un échantillon peut conduire à une forte fluorescence qui augmente le bruit de fond dans le diagramme de diffraction. Un exemple notoire est la présence de fer dans un échantillon lors de l'utilisation d'un rayonnement de cuivre. En général, les éléments juste en dessous de l'élément anodique dans le système de période doivent être évités.

Une autre limitation est que l'intensité des générateurs traditionnels est relativement faible, nécessitant des temps d'exposition longs et excluant toute mesure dépendante du temps. L'avènement des sources synchrotron a radicalement changé cette image et fait entrer les méthodes de diffraction des poudres dans une toute nouvelle phase de développement. Non seulement il existe un choix beaucoup plus large de longueurs d'onde disponibles, mais la haute brillance du rayonnement synchrotron permet d'observer les changements de diagramme au cours des réactions chimiques, les rampes de température, les changements de pression, etc.

L'accordabilité de la longueur d'onde permet également d'observer des effets de diffusion anormaux lorsque la longueur d'onde est choisie proche du bord d'absorption d'un des éléments de l'échantillon.

La diffraction des neutrons n'a jamais été une technique maison car elle nécessite la disponibilité d'un faisceau de neutrons intense uniquement disponible au niveau d'un réacteur nucléaire ou d'une source de spallation. En règle générale, le flux de neutrons disponible et la faible interaction entre les neutrons et la matière nécessitent des échantillons relativement grands.

Avantages et inconvénients

Bien qu'il soit possible de résoudre les structures cristallines à partir des seules données de rayons X de poudre, son analogue monocristallin est une technique beaucoup plus puissante pour la détermination de la structure. Ceci est directement lié au fait que l'information est perdue par l'effondrement de l'espace 3D sur un axe 1D. Néanmoins, la diffraction des rayons X sur poudre est une technique puissante et utile à part entière. Il est principalement utilisé pour caractériser et identifier des phases , et pour affiner les détails d'une structure déjà connue, plutôt que de résoudre des structures inconnues.

Les avantages de la technique sont :

• simplicité de préparation des échantillons
• rapidité de mesure
• la capacité d'analyser des phases mixtes, par exemple des échantillons de sol
• détermination de la structure "in situ"

En revanche, la croissance et le montage de gros monocristaux sont notoirement difficiles. En effet, il existe de nombreux matériaux pour lesquels, malgré de nombreuses tentatives, il ne s'est pas avéré possible d'obtenir des monocristaux. De nombreux matériaux sont facilement disponibles avec une microcristallinité suffisante pour la diffraction des poudres, ou les échantillons peuvent être facilement broyés à partir de cristaux plus gros. Dans le domaine de la chimie du solide qui vise souvent à synthétiser de nouveaux matériaux, les monocristaux de ceux-ci ne sont généralement pas immédiatement disponibles. La diffraction des poudres est donc l'une des méthodes les plus puissantes pour identifier et caractériser de nouveaux matériaux dans ce domaine.

En particulier pour la diffraction des neutrons , qui nécessite des échantillons plus gros que la diffraction des rayons X en raison d'une section efficace de diffusion relativement faible , la possibilité d'utiliser de grands échantillons peut être critique, bien que des sources de neutrons plus récentes et plus brillantes soient en cours de construction, ce qui peut changer cette image.

Étant donné que toutes les orientations cristallines possibles sont mesurées simultanément, les temps de collecte peuvent être assez courts, même pour des échantillons petits et faiblement diffusants. Ceci n'est pas seulement pratique, mais peut être essentiel pour les échantillons qui sont instables de manière inhérente ou sous bombardement de rayons X ou de neutrons, ou pour des études résolues en temps. Pour ces derniers, il est souhaitable de disposer d'une source de rayonnement puissant. L'avènement du rayonnement synchrotron et des sources de neutrons modernes a donc beaucoup fait pour revitaliser le champ de diffraction des poudres car il est désormais possible d'étudier les changements dépendant de la température, la cinétique de réaction, etc.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires