Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005

MethodenM35: Röntgenkleinwinkel- und -weitwinkelstreuungM35: Röntgenkleinwinkelund-weitwinkelstreuung(SAXS und WAXS)Röntgenkleinwinkelstreuung(SAXS)Röntgenkleinwinkelstreuung (Small-Angle X-rayScattering, SAXS) tritt immer dann auf, wenn einBündel von Röntgenstrahlen mit etwa 0,1 nm Wellenlängeauf ein Material (flüssig, fest) trifft, dasInhomogenitäten aufweist, die größer als die verwendeteWellenlänge sind. Die Intensitätsverteilungdieser Streustrahlung als Funktion des Streuwinkels,kann mittels eines geeigneten Detektors gemessenwerden und enthält Information über dieStruktur dieser Inhomogenitäten.Der typische, durch SAXS erfassbare, Größenbereichfür diese Inhomogenitäten liegt zwischen1 nm und 100 nm – damit ist SAXS für die Untersuchungvon Nanostrukturen bestens geeignet.Dieser Bereich deckt nämlich den Größenbereichvieler biologisch und technologisch relevanter Nanostrukturenab – (Bio-)Polymere, Flüssigkristalle,nanoporöse Materialien, Mikroemulsionen, Nanokompositesind einige Beispiele.Die physikalische Grundlage der Strukturbestimmungdurch SAXS bildet das Bragg’sche Gesetzn∙λ = 2d∙sin(θ)Die Anwendbarkeit der Methode auf viele verschiedeneFragestellungen bedingt ein breitesSpektrum an Formalismen, die diesen Fragestellungenangepasst sind. Die Fachliteratur bietet eineUnzahl solcher Formalismen, in der Praxis reduziertsich der Aufwand allerdings auf einen überschaubaren,automatisierbaren Satz an Berechnungen, diezur Beschreibung der entsprechenden Parameterund Funktionen benötigt werden.Röntgenweitwinkelstreuung(WAXS)Simultan zu SAXS kann WAXS (Wide-Angle X-Ray Scattering) (→ SWAXS) eingesetzt werden, umneben der nanostrukturellen Information auch diekristalline Struktur zu untersuchen, die bei vielennanostrukturierten Materialien von Bedeutung ist.Strukturelle Änderungen wirken sich oft simultan inbeiden 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 streuendenObjektes umgekehrt proportional zum Winkelist, bei welchem die Streustrahlung auftritt (Reziprozitätsprinzip).90Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005