Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

Methoden
M35: Röntgenkleinwinkel- und -weitwinkelstreuung
M35: Röntgenkleinwinkelund
-weitwinkelstreuung
(SAXS und WAXS)
Röntgenkleinwinkelstreuung
(SAXS)
Röntgenkleinwinkelstreuung (Small-Angle X-ray
Scattering, SAXS) tritt immer dann auf, wenn ein
Bündel von Röntgenstrahlen mit etwa 0,1 nm Wellenlänge
auf ein Material (flüssig, fest) trifft, das
Inhomogenitäten aufweist, die größer als die verwendete
Wellenlänge sind. Die Intensitätsverteilung
dieser Streustrahlung als Funktion des Streuwinkels,
kann mittels eines geeigneten Detektors gemessen
werden und enthält Information über die
Struktur dieser Inhomogenitäten.
Der typische, durch SAXS erfassbare, Größenbereich
für diese Inhomogenitäten liegt zwischen
1 nm und 100 nm – damit ist SAXS für die Untersuchung
von Nanostrukturen bestens geeignet.
Dieser Bereich deckt nämlich den Größenbereich
vieler biologisch und technologisch relevanter Nanostrukturen
ab – (Bio-)Polymere, Flüssigkristalle,
nanoporöse Materialien, Mikroemulsionen, Nanokomposite
sind einige Beispiele.
Die physikalische Grundlage der Strukturbestimmung
durch SAXS bildet das Bragg’sche Gesetz
n∙λ = 2d∙sin(θ)
Die Anwendbarkeit der Methode auf viele verschiedene
Fragestellungen bedingt ein breites
Spektrum an Formalismen, die diesen Fragestellungen
angepasst sind. Die Fachliteratur bietet eine
Unzahl solcher Formalismen, in der Praxis reduziert
sich der Aufwand allerdings auf einen überschaubaren,
automatisierbaren Satz an Berechnungen, die
zur Beschreibung der entsprechenden Parameter
und Funktionen benötigt werden.
Röntgenweitwinkelstreuung
(WAXS)
Simultan zu SAXS kann WAXS (Wide-Angle X-
Ray Scattering) (→ SWAXS) eingesetzt werden, um
neben der nanostrukturellen Information auch die
kristalline Struktur zu untersuchen, die bei vielen
nanostrukturierten Materialien von Bedeutung ist.
Strukturelle Änderungen wirken sich oft simultan in
beiden Größenbereichen aus, und es ist daher wünschenswert,
auch beide simultan zu studieren.
wobei n eine ganze Zahl (die Ordnung des Reflexes)
ist, λ die Wellenlänge und θ der halbe Streuwinkel
(Abb. 1). Es besagt, dass die Größe eines streuenden
Objektes umgekehrt proportional zum Winkel
ist, bei welchem die Streustrahlung auftritt (Reziprozitätsprinzip).
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Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005