Diffraction par les poudres

Résumé du document

Une étude par diffraction des rayons X sur monocristal n'est pas toujours possible pour un matériau donné car, bien entendu, elle nécessite au préalable l'obtention de cristaux de taille et de qualité convenables. Même lorsque les cristaux sont disponibles, une telle étude peut se révéler assez longue. De plus elle n'est pas représentative de l'ensemble de l'échantillon à analyser car elle ne porte que sur un seul cristal. C'est pourquoi des méthodes de diffraction par les poudres sont quotidiennement utilisées, même si certains résultats obtenus sont moins faciles à exploiter.
Qualitativement, la diffraction des rayons X par les poudres permet d'identifier des phases connues par comparaison des diagrammes obtenus avec des bases de données, de déceler la présence d'impureté ou de tester la cristallinité du matériau.
Quantitativement, elle permet la détermination des structures cristallines, la quantification des pourcentages de phases, l'analyse des textures et des contraintes, les études en fonction du temps, de la température ou de tout autre paramètre pertinent.

Extraits

[...] Lorsque les recouvrements de raies ne sont pas trop importants, il est possible de modéliser individuellement chaque pic par une fonction profil et d'en extraire l'intensité. Lorsque ceux-ci sont importants, il est nécessaire de considérer le diagramme dans son ensemble, en déterminant la position des raies à partir des paramètres de maille, en utilisant une fonction profil paramétrable unique pour tous les pics du diagramme et en modélisant le bruit de fond par une fonction. Un algorithme très efficace, développé par A. Le Bail, est généralement utilisé pour cette tâche, la méthode étant alors dite de Le Bail. [...]

[...] Cette méthode consiste à ajuster par moindres carrés la structure (nature, position et agitation des atomes), en plus des paramètres précédents (profils de raies, bruit de fond, etc.), pour faire correspondre le diagramme calculé au diagramme expérimental. Notez qu'il est souvent nécessaire de faire appel à des paramètres supplémentaires comme le décalage de zéro, le déplacement d'échantillon, l'absorption, l'orientation préférentielle, etc. pour pallier les erreurs instrumentales et les perturbations introduites par la non idéalité des poudres. La figure 3.1 illustre un résultat d'affinement sur poudre pour le composé PbSO4. [...]

[...] Pour plus de précision le diagramme doit être indexé et les paramètres de maille affinés. A partir de jeux d'équations du type : 1/dhkl = 2 sinθ / λ = (h2a*2+k2b*2+l2c*2+2hka*b*cos γ*+2klb*c*cos α*+2lhc*a*cos β*)1/2 ( 3.1 ) établies à partir des mesures des angles de diffraction, il est théoriquement possible de remonter au réseau tridimensionnel en recherchant la base b et c et les indices hkl. Dans la pratique, la résolution du système d'équations est rendue difficile de part la précision nécessairement limitée des mesures expérimentales des angles 2θ. [...]

[...] C'est à l'intersection des cônes et du film que l'on enregistre les intensités dans la chambre de Debye-Scherrer. Fig 1.2 Construction d'Ewald, cas d'une poudre A partir des angles 2 θ (ou 4 θ entre deux raies symétriques) mesurés sur le film, et connaissant la longueur d'onde ë du rayonnement X incident, il est possible de remonter aux distances dhkl en utilisant la loi de Bragg. Notez que la méthode des poudres ne donne pas une information tridimensionnelle (normes, directions et sens des vecteurs réciproques), il y a donc une perte très importante de renseignements par rapport à une expérience de diffraction par un monocristal Diffractomètre automatique pour les poudres Depuis la première expérience de Debye et Scherrer, divers dispositifs ont été mis en oeuvre pour l'enregistrement des diagrammes de poudre. [...]

[...] Les diagrammes peuvent être relativement simples (comme l'est celui de SiO2) ou bien très compliqués avec de multiples superpositions de raies lorsque les mailles sont très grandes et/ou les symétries sont plus faibles. Les diagrammes sont maintenant toujours digitalisés pour les études ultérieures. Fig 2.3 Diagramme de diffraction du quartz (SiO2) 3 Applications de la diffraction par les poudres 3.1 Identification des phases La diffraction par les poudres est la méthode la plus simple pour identifier en routine les matériaux polycristallins. [...]