[신소재공학] X-ray Diffraction[XRD] 장비의 이해보고서

1. X선 회절(XRD)의 원리

X선 회절(XRD)의 원리는 결정격자를 통해 투과된 X선이 특정 조건에서 정렬된 평면에 의해 산란되는 현상에 기초한다. 이는 브래그의 법칙(Bragg`s Law)에 따른 것으로, nλ = 2d sin θ라는 식으로 표현된다. 여기서 n은 회절 차수, λ는 X선의 파장, d는 결정 격자면 사이의 거리, θ는 X선이 입사하는 각도이다. 결정 내부에서는 원자가 주기적으로 배열되어 있기 때문에 X선이 일정 각도에서 강하게 산란되어 간섭이 일어난다. 이러한 간섭이 강화될 때 강한 회절 피크를 형성하는데, 이 피크의 위치와 세기는 결정의 격자 구조를 분석하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 구리의 결정격자에서 사용하는 Cu-Kα 방사선(파장 1.5406 A)으로 XRD 분석 시, 가장 강한 피크는 43.3° 부근의 2θ 값에서 관찰된다. 이러한 피크와의 각각의 위치를 통해 결정의 격자 상수, 미세한 결함 유무, 결정 구조 분석이 가능하다. XRD는 재료과학에서 중요하게 활용되어 재료의 결정성, 크기, 결함, 잔류 응력 등을 정량적으로 파악한다. 최근 연구에 따르면, 나노소재의 크기 분석 시 XRD를 활용하여 결정 크기를 베르나우 미에 의해 구할 수 …