Difuzia de raze X (XRD) se bazează pe natura dublă undă/particulă a razelor X pentru a obține informații despre structura materialelor cristaline. O utilizare primară a tehnicii este identificarea și caracterizarea compușilor pe baza modelului lor de difracție.
Efectul dominant care apare atunci când un fascicul incident de raze X monocromatice interacționează cu un material țintă este împrăștierea acelor raze X de către atomii din materialul țintă. În materialele cu structură regulată (adică cristaline), razele X împrăștiate suferă interferențe constructive și distructive. Acesta este procesul de difracție. Difracția razelor X de către cristale este descrisă de legea lui Bragg, n(lambda) = 2d sin(theta). Direcțiile posibilelor difracții depind de mărimea și forma celulei unitare a materialului. Intensitățile undelor difractate depind de tipul și dispunerea atomilor din structura cristalină. Cu toate acestea, majoritatea materialelor nu sunt monocristale, ci sunt compuse din mulți cristalite mici în toate orientările posibile, numite agregat sau pulbere policristalină. Atunci când o pulbere cu cristalite orientate aleatoriu este plasată într-un fascicul de raze X, fascicululul va vedea toate planurile interatomice posibile. Dacă unghiul experimental este modificat în mod sistematic, vor fi detectate toate vârfurile de difracție posibile ale pulberii.
Difractometrul cu parafocalizare (sau Bragg-Brentano) este cea mai comună geometrie pentru instrumentele de difracție.
Această geometrie oferă avantajele unei rezoluții ridicate și ale unei analize cu intensitate mare a fasciculului, cu prețul unor cerințe de aliniere foarte precise și al unor probe pregătite cu grijă. În plus, această geometrie necesită ca distanța dintre sursă și eșantion să fie constantă și egală cu distanța dintre eșantion și detector. Erorile de aliniere duc adesea la dificultăți în identificarea fazei și la o cuantificare necorespunzătoare. Un eșantion prost poziționat poate duce la erori inacceptabile de deplasare a specimenului. Constrângerile legate de planeitatea, rugozitatea și poziționarea eșantioanelor împiedică măsurarea eșantioanelor în linie. În plus, sistemele tradiționale de XRD se bazează adesea pe echipamente voluminoase, cu cerințe ridicate de putere, precum și pe utilizarea unor surse de raze X de mare putere pentru a crește fluxul de raze X pe eșantion, crescând astfel semnalele de difracție detectate din eșantion. Aceste surse au, de asemenea, zone de excitație mari, care sunt adesea dezavantajoase pentru analiza prin difracție a eșantioanelor mici sau a caracteristicilor mici ale eșantioanelor.
Optica policapilară cu raze X poate fi utilizată pentru a depăși multe dintre aceste dezavantaje și constrângeri pentru a îmbunătăți aplicațiile XRD. Optica colimatoare policapilară transformă un fascicul foarte divergent într-un fascicul cvasi-paralel cu divergență redusă. Acestea pot fi utilizate pentru a forma o geometrie a instrumentului XRD cu fascicul paralel care reduce și elimină în mare măsură multe surse de erori în ceea ce privește poziția și intensitatea vârfurilor inerente geometriei de parafocalizare, cum ar fi poziția probei, forma, rugozitatea, planeitatea și transparența. Optica de focalizare policapilară colectează razele X de la o sursă de raze X divergentă și le direcționează către un fascicul mic focalizat la suprafața probei, cu diametre de câteva zeci de micrometri, pentru aplicații de microdifracție cu raze X ale unor probe mici sau ale unor caracteristici mici ale probei. Ambele tipuri de optici policapilare direcționează intensități foarte mari de raze X către suprafața probei, astfel încât sistemele XRD care utilizează optica pot folosi surse de raze X de putere mică, reducând dimensiunea instrumentului, costul și necesarul de energie.
Difracția de raze X cu ajutorul opticii cu raze X a fost aplicată în multe tipuri diferite de aplicații, inclusiv analiza filmelor subțiri, evaluarea texturii probei, monitorizarea fazei și structurii cristaline și investigarea tensiunii și deformației probei.
.