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