L'état solide périodique

L'acquisition des spectres de poudres se fait maintenant de manière assez automatisée et nous voyons ici un type de matériel qui est utilisé actuellement en routine pour réaliser les spectres de diffraction X que vous allons étudier.

L'appareil est constitué de 3 parties :

• Un générateur de rayons X

• Le spectromètre qui réalise mécaniquement les conditions de Bragg sur l'échantillon

• l'informatique de commande

L'ensemble générateur + spectromètre est à l'intérieur d'un caisson de protection contre les rayons X (verres au plomb).

Le pilotage de l'appareil s'effectue à partir d'un micro-ordinateur (PC) extérieur au caisson.

Eu égard au danger présenté par les radiations dans le domaine des rayons X, le port d'un badge dosimètre personnel est obligatoire.

Ce type de matériel ne doit être manipulé que par du personnel formé

Le générateur de rayons X

L'image de droite montre le rack de puissance du générateur de rayons X et les valeurs des différents paramètres :

• La haute tension de l'anticathode : ici 45 kV

• L'intensité dans le filament de l'anticathode : ici 35mA

Ces valeurs dépendent de la nature de l'anticathode (Cu, Co ou Fe ) qui fixe la longueur d'onde X utilisée et sont déterminées directement depuis le PC de commande

Le spectromètre de poudres, il est constitué par :

• l'anticathode qui délivre un faisceau de rayons X faisant un angle $\text{ }\!\!\theta\!\!\text{ }$ avec le plan de l'échantillon

• le porte-échantillon qui tourne dans son plan en restant toujours horizontal.

• Le détecteur reçoit le faisceau diffracté par l'échantillon en faisant le même angle $\text{ }\!\!\theta\!\!\text{ }$ avec le plan de l'échantillon

  (l'angle entre le faisceau incident et le faisceau diffracté est donc de $\text{2 }\!\!\theta\!\!\text{ }$ ).

Réalisation de l'échantillon

Le composé étudié ici est le fluorure de nickel et de potassium $\text{KNi}{{\text{F}}_{\text{3}}}$ obtenu par la réaction en phase solide à 700°C entre les fluorures élémentaires :

$$KF+Ni{{F}_{2}}\to KNi{{F}_{3}}$$

Le composé fritté est broyé dans un mortier en agate jusqu'à obtenir une poudre assez fine que l'on tamise à travers un tamis de 63$\mu m$ sur le support d'échantillon pour obtenir l'échantillon sous forme d'un disque d'environ 15mm de diamètre que l'on évite de lisser en surface pour ne pas créer d'orientation préférentielle des grains qui conduirait alors à favoriser certains plans de diffraction (c'est pourquoi, on remplit le porte échantillon par l'arrière).

• Le passeur d'échantillon le met en place dans le plan de diffraction. L'échantillon est ensuite animé d'un mouvement de rotation dans son plan pour augmenter le rendement de diffraction (le nombre de plans réticulaires répondant aux conditions de diffraction sera plus important).

• Une fois l'échantillon en place, l'anticathode et le détecteur se positionnent à l'angle de départ.

• L'obturateur de la gaine de rayons X s'ouvre (clac ! ) et l'acquisition du spectre commence (le tube et le détecteur se déplacent à la même vitesse).