D1 Diffraction des rayons X (DRX)

Topique

La diffraction des rayons X de ce métal, méthode expérimentale décrite par ce modèle, consiste à diriger un faisceau de rayons X sur l'échantillon et à enregistrer, en fonction de l'angle d'incidence, l'intensité du rayonnement diffracté. La loi de Bragg interprète les angles de diffraction, permettant d'identifier les phases cristallines présentes dans le métal ainsi que la distance interplanaire des plans atomiques de chacune d'elles. Le fait que deux phases cristallines différentes présentent des distances interplanaires différentes implique, conformément à la loi de Bragg, que chacune diffracte sous un angle différent, ce qui permet de les distinguer sur un même diagramme de diffraction.

Ce même diagramme de diffraction, outre les angles d'apparition de chaque phase cristalline, révèle également la largeur des pics de diffraction correspondants. L'équation de Scherrer convertit ensuite la largeur de ce pic en taille de cristallite de la phase correspondante : plus le cristallite diffractant est petit, moins il y a de plans atomiques consécutifs qui contribuent à renforcer la diffraction, et par conséquent, plus le pic résultant est large. Le fait que les pics de diffraction de ce métal soient plus larges signifie que, selon l'équation de Scherrer, la taille de cristallite estimée à partir de ces pics est plus petite.

Cependant, cet élargissement des pics de diffraction n'est pas uniquement dû à la taille de cristallite déjà estimée par l'équation de Scherrer, mais aussi aux microdéformations accumulées dans l'échantillon. C'est l'analyse de Williamson-Hall qui permet de séparer, au sein de cet élargissement, la contribution de chacun de ces deux facteurs : en comparant la variation de la largeur des différents pics de diffraction dans cet échantillon en fonction de l'angle d'incidence, cette analyse distingue la contribution indépendante de l'angle, attribuable à la taille du cristallite, de la contribution qui en dépend, attribuable aux microdéformations. Le fait que la microdéformation accumulée au sein de cet échantillon soit plus importante signifie que, selon l'analyse de Williamson-Hall, une plus grande partie de l'élargissement total du pic lui est attribuée, plutôt qu'à la taille des cristallites.

Par conséquent, ce modèle, avec la loi de Bragg et le diagramme de diffraction qui a permis de l'établir, alimente deux autres modèles de cet ensemble : l'un décrivant les phases de ce métal, à partir des phases cristallines déjà identifiées par la loi de Bragg, et l'autre décrivant la taille des grains de ce métal, à partir de la taille des cristallites déjà estimée par l'équation de Scherrer sur ce même diagramme de diffraction. Le fait que la loi de Bragg et l'équation de Scherrer soient réutilisées, dans le même but, dans un autre modèle portant sur un autre ensemble de matériaux — celui qui décrit la diffraction des rayons X d'une céramique — signifie que cette méthode expérimentale n'est pas exclusive aux métaux, mais plutôt une méthode commune à une grande partie de cet ensemble de modèles, dès lors qu'une phase cristalline est à identifier.

ID:4445