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Caracterización de la estructura de láminas cristalinas a través de los métodos de difracción de rayos X por transmisión y por reflexión

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2026-08-12

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Sanchez Cuadrado, Angie Lorena (2026). Caracterización de la estructura de láminas cristalinas a través de los métodos de difracción de rayos X por transmisión y por reflexión. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. https://hdl.handle.net/11349/103672

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Resumen

This degree project, conducted as an internship, addresses the conditions for the structural characterization of crystalline sheets and thin films using the X-ray diffraction (XRD) technique. The purpose consists of comparing, both theoretically and experimentally, the transmission diffraction (Laue method) and reflection diffraction methods, evaluating the feasibility and necessity of the grazing-incidence X-ray diffraction (GIXRD) technique. The methodology involved the use of a Leybold 554 800 X-ray apparatus equipped with various anodes (W, Mo, Cu) operating at 35 kV. Reference single crystals (LiF) and three configurations of titanium dioxide (TiO₂) were analyzed: thin films deposited on organic substrates (guadua), monolayer powder samples, and agglomerates (paste). The patterns obtained were interpreted using the Beer-Lambert law of attenuation and the Drude-Lorentz electrodynamic oscillator approximation. The experimental results demonstrated that the Laue method has physical limitations for the study of supported TiO₂ films. It was theoretically demonstrated that the film’s diffraction signal is masked by scattering from the organic substrate. Furthermore, it was shown that irradiating crystalline powders with the spectrum emitted by the tungsten anode induces destructive interference under Bragg conditions, making phase indexing impossible. The study concludes that, to effectively characterize thin films in the laboratory, a methodological shift toward grazing-incidence X-ray diffraction (GIXRD) is necessary to suppress substrate interference.

Descripción

El presente trabajo de grado, desarrollado bajo la modalidad de pasantía, aborda las condiciones para la caracterización estructural de láminas cristalinas y películas delgadas mediante la técnica de Difracción de Rayos X (DRX). El propósito consiste en comparar, teórica y experimentalmente, los métodos de difracción por transmisión (método de Laue) y por reflexión, evaluando la viabilidad y necesidad de la técnica de Difracción de Rayos X de Incidencia Rasante (GIXRD). La metodología comprendió el uso del aparato de rayos X Leybold 554 800 equipado con diversos ánodos (W, Mo, Cu) operando a 35 kV. Se analizaron monocristales de referencia (LiF) y tres configuraciones de dióxido de titanio (TiO2): películas delgadas depositadas sobre sustratos orgánicos (guadua), muestras de polvo en monocapa y aglomeraciones (pasta). Los patrones obtenidos se interpretaron utilizando la ley de atenuación de Beer-Lambert y la aproximación electrodinámica de osciladores de Drude-Lorentz. Los resultados experimentales demostraron que el método de Laue presenta limitaciones físicas para el estudio de películas de TiO2 soportadas. Se justificó teóricamente que la señal de difracción de la lámina es enmascarada por la dispersión del sustrato orgánico. Además, se evidenció que irradiar polvos cristalinos con el espectro emitido por el ánodo de Tungsteno induce una interferencia destructiva de las condiciones de Bragg, imposibilitando la indexación de las fases. El trabajo concluye que, para caracterizar eficazmente capas delgadas en el laboratorio, es metodológicamente necesaria la transición hacia la geometría de incidencia rasante (GIXRD), buscando inhibir la interferencia del sustrato.

Citación