Röntgendiffractie (X-ray diffraction in het Engels, afgekort tot XRD) is een analysetechniek om de kristalstructuur van kristallijne materialen op te helderen. Dit doe je door het materiaal te bombarderen met röntgenstraling. Dit is straling met een golflengte van ongeveer 1 Angstrom (10-10 m), niet geheel toevallig dezelfde grootte-orde als de afstand tussen atomen in een kristal. Waar een normale huis-tuin-en-keuken spiegel zichtbaar licht reflecteert, werken de kristalvlakken in feite als een spiegel voor röntgenstraling. In de meeste richtingen doven deze gereflecteerde stralen elkaar uit, maar in bepaalde richtingen versterken ze elkaar juist. Dit gebeurt bij een geschikte combinatie van de hoek θ waaronder de straling op het vlak valt, de golflengte λ van de röntgenstraling en kristalvlakafstand d tussen het betreffende vlak en het vlak dat ‘één atoom verder’ parallel daaronder ligt.
Als je nu een stilstaand kristal vanuit verschillende invalshoeken met röntgenstraling bombardeert, dan zullen er steeds andere kristalvlakken zijn, elk met hun eigen kristalvlakafstand, die de röntgenstralen succesvol reflecteren. Met een recorder meet je de intensiteit van de gereflecteerde straling, en dit komt tot uitdrukking in een patroon met pieken bij bepaalde hoeken (2θ) of kristalvlakafstanden. Dit röntgendiffractiepatroon is kenmerkend voor de kristalstructuur, een vingerafdruk in feite. Van veel kristallen zijn deze patronen in een bibliotheek op te zoeken, en door een nieuw opgenomen diffractiepatroon te vergelijken met de patronen uit de bibliotheek kun je uitvinden met welke kristallijne stof je te maken hebt.
Röntgendiffractie kun je aan éénkristallen uitvoeren, maar ook aan polykristallijne materialen die je tot poeders kunt vermalen. Met röntgendiffractie kun je veel meer dan alleen de kristalstructuur bepalen. Je kunt voor een polykristallijn materiaal ook iets zeggen over de kristallietgrootte – kleinere kristallietjes zorgen voor bredere pieken – of over een mogelijke voorkeursoriëntatie van de kristallieten. Bij een bepaalde voorkeursoriëntatie zullen bepaalde kristalvlakken veel vaker voorkomen dan bij een willekeurige oriëntatie, zodat de piek die hoort bij dat kristalvlak groter wordt.
Met röntgendiffractie kun je ook nagaan of een materiaal onder mechanische spanning staat. Immers, bij spanning worden atomen in het rooster – en daarmee ook kristalvlakken – iets uit elkaar getrokken of in elkaar gedrukt. Spanningen kunnen zowel voor bredere pieken als voor piekverschuiving naar een grotere of kleine kristalvlakafstand zorgen. Röntgendiffractie is dus een techniek om spanning in kristallijne materialen aan te tonen. Naast bijv. polarisatie om spanning in doorzichtige materialen daadwerkelijk ‘te laten zien’.