1、X 射线衍射技术简介定性物相分析主要内容z X射线衍射基本原理简介z X射线衍射仪简介及实验过程z X射线衍射图谱分析简介导言z X射线衍射（XRD）是目前研究晶体结构最有力的方法。z X射线衍射有助于我们探究同成份不同相的材料性能差异。z X射线衍射有助于我们找到获得预想性能的物质。晶体学基础7种晶系的晶胞外形晶系（Crystal system）晶胞外形特点（Unit cell shape）三斜（Triclinic）a b c 90o单斜（Monoclinic）a b c = 90o，90o正交（Orthorhombic）a b c = = 90o正方（Tetragonal）a = b c
2、= =90o六方（Hexagonal）a = b c = 90o，=120o菱方（三方，trigonal）a = b = c = 90o立方（Cubic）a = b = c = = 90o晶体学基础布拉维首次证明了只可能有十四种空间点阵存在，所以又把这十四种点阵称为布拉维点阵。晶体学基础z倒易点阵是由晶体点阵（正点阵、真点阵）经过一定的转化而构成的，倒易点阵本身是一种几何构图，倒易点阵方法是一种数学方法。z倒易点阵是晶体学中极为重要的概念之一，它不仅可以简化晶体学中的某些计算问题，而且还可以形象地解释晶体的衍射几何。晶体学基础z正点阵与晶体结构相关，描述的是晶体中物质的分布规律，是物质空间，或
3、正空间，z倒易点阵与晶体的衍射现象相关，它描述的是衍射强度的分布。z 1921年厄瓦尔德（Ewald P.P.）将倒易点阵方法引入衍射领域。现在倒易点阵方法已成为一种解释各种衍射问题非常有用的工具。X射线的物理学基础z X射线的本质是电磁辐射，与可见光完全相同，仅是波长短而已，因此具有波粒二相性。z X射线的波长范围：0.01100 ；（1）波长较短的为硬X射线，能量较高，穿透性较强；（2）波长较长的为软X射线，能量较低，穿透性弱。z晶体分析中所用X射线只在0.5-2.5 这个范围，与晶体点阵面间距大致相当，在此范围内原子的三维周期排列正好作为光榄。z大于2.5干涉差，小于0.5干涉重叠不易分
4、辨。X射线的物理学基础X射线产生原理：z高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能。（1左右）能量转变为X射线，（99左右）能量转变成热能使物体温度升高。z 1：不可见，使荧光发光z 2：通过物质不发生反射，折射率小n=1z 3：穿透能力强z 4：杀伤细胞，对人体有害。X光管结构示意图X射线的物理学基础z由X射线管发射出来的X射线可以分为两种类型：z (1) 连续X射线：z (2) 标识X射线：连续X射线z具有连续波长的X射线，构成连续X射线谱，它和可见光相似，亦称多色X射线。z连续X射线谱的强度随波长的变化而连续变化，每条曲线都有一个强度最大值，并在短波方向有一个波长极
5、限，称为短波限。标识X射线z在连续谱基础上叠加若干条具有一定波长的谱线，它和可见光中的单色相似，亦称单色X射线。z电压低于临界电压时，只产生连续X射线，当高于零界电压时则在连续谱的基础上产生波长一定的谱线。z特征：电压增加时，标识谱线波长不变，强度随电压增加。z标识X射线谱的频率和波长只取决于阳极靶物质的原子能级结构，是物质的固有特性。X射线的物理学基础z X射线与物质相互作用时，产生各种不同的和复杂的过程。就其能量转换而言，一束X射线通过物质时，可分为三部分：z一部分被散射；z一部分被吸收；z一部分透过物质继续沿原来的方向传播。X射线衍射（XRD）基本原理z当一束X射线照射到晶体上时，被电子
6、散射。z由于散射波之间的干涉作用，使得空间某些方向上的波则始终保持相互叠加，于是在这个方向上可以观测到衍射线。z而另一些方向上的波则始终是互相是抵消的，于是就没有衍射线产生。X射线衍射（XRD）基本原理衍射花样反映晶体内部的原子分布规律。z 1：衍射线的空间分布规律，（称之为衍射几何），反应晶胞的大小、形状和位向等。z 2：衍射线的强度则取决于原子的品种和它们在晶胞中的位置。z衍射理论所的中心问题: 在衍射现象与晶体结构之间建立起定性和定量的关系。布拉格公式的示意图衍射几何-布拉格公式根据图示，干涉加强的条件是：式中：n为整数，称为反射级数；d为面间距。为X射线的波长。为入射线或反射线与反射面
7、的夹角，称为掠射角，由于它等于入射线与衍射线夹角的一半，故又称为半衍射角，把2称为衍射角。 ndSin =2布拉格公式-选择反射z X射线在晶体中的衍射实质上是晶体中各原子散射波之间的干涉结果。z只是由于衍射线的方向恰好相当于原子面对入射线的反射，所以借用镜面反射规律来描述衍射几何。z但是X射线的原子面反射和可见光的镜面反射不同。一束可见光以任意角度投射到镜面上都可以产生反射，而原子面对X射线的反射并不是任意的，只有当、d三者之间满足布拉格方程时才能发生反射，所以把X射线这种反射称为选择反射。衍射矢量方程z在描述X射线的衍射几何时，主要是解决两个问题：（1）产生衍射的条件，即满足布拉格方程；（
8、2）衍射方向，即根据布拉格方程确定的衍射角2 。为了把这两个方面的条件用一个统一的矢量形式来表达，引入了衍射矢量的概念。衍射矢量方程z如图所示，当束X射线被晶面反射时，假定N为晶面P的法线方向，入射线方向用单位矢量S0表示，衍射线方向用单位矢量S表示，则S-S0为衍射矢量。NS0SS- S0（衍射矢量图示）厄尔瓦德图解z凡是落在反射球面上的倒易阵点，这些阵点与球心链接起来，即是可能发生衍射的方向。z这个只是衍射方向，衍射线并不是从A点发出的，而是从O点发出的。Oz AP多晶材料的衍射原理多晶材料的衍射原理实验部分z仪器简介z样品制备z样品测试z数据分析仪器简介z X射线衍射仪的基本组成：1.X
9、射线发生器；2.衍射测角仪；3.辐射探测器；4.测量电路；5.控制操作和运行软件的电子计算机系统。D8 ADVNCE型衍射仪仪器的高压发生器等电路系统。仪器状态显示X光源，测角仪，探测器等电路系统。D8 ADVNCE型衍射仪X光管探测器样品台光路设置：光源0.4X12mm长线焦斑，2.5Sollar狭缝，1mmDS狭缝，8mm SS狭缝，Ni 滤波片，2.5Sollar狭缝X光管Cu靶K=1.5418 ，工作电压40kV，电流40mALynxEye阵列探测器：192个探测通道，探测效率是普通闪烁探测器的10倍以上，普通样品约6分钟左右完成测角仪测角仪：配有步进马达加光学编码的精密测角仪，角度重现性0.0001，是目前最高精度的测角仪；-连续扫描模式，角宽扫描范围：3-140，Step：0.02、Speed：0.1s/step，多晶X射线衍射仪-光路示意图B-B测角仪的典型光路布置z测角仪要求与射线管的线焦斑联接使用，线焦斑的长边与测角仪中心轴平行。z采用狭缝光阑和梭拉光阑组成的联合光阑。Soller狭缝发散狭缝样品接受狭缝探测器狭缝Soller狭缝
