1、XRD简介及其应用,刘 璇 2019年2月19日,主要内容,XRD（X-Ray Diffraction）主要用于物相分析和晶体结构的测定，它所获取的所有信息都基于材料的结构。,目 录,1 基础知识,2 X射线衍射原理及分析方法,3 Highscore软件使用,1 基础知识,1、X射线概述 1895年：德国科学家伦琴发现了X射线（1901年获得首届诺贝尔奖）； 19081911年：巴克拉测定了X射线谱 ； 1912年：德国科学家劳厄发现X射线在晶体中的衍射现象，印证了X射线是电磁波（1914年获得诺贝尔奖）； 1912年：英国科学家Bragg父子利用X射线衍射测定了NaCl晶体的结构，开创了X
2、射线晶体结构分析的历史（1915年获得诺贝尔奖)。,（1）X射线特点X射线波长范围0.001-10nm，在电磁波谱上处于紫外与 射线之间, 适用于衍射分析的X射线波长0.05-0.25nm。,1.1 X射线的特点及其产生,穿透能力很强，可以穿透23cm厚的木板，1.5cm的铝板，但1.5mm厚的铅板几乎把X射线完全挡住。 能在晶体中产生衍射花样，对衍射花样进行分析可以确定晶体结构，成为研究物质结构的主要手段。,（1）X射线特点, 产生原理：实验表明，高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，其中一小部分（1左右）能量转变为X射线，而绝大部分（99左右）能量转变成热能使物体温度升高。 产生条件：
3、 产生自由电子，使电子作定向的高速运动； 在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。,1.2 X射线的产生, X射线管的结构：,1.2 X射线的产生,晶体：有明确衍射图案的固体，其原子或分子在空间按一定规律周期重复地排列。晶体中原子或分子的排列具有三维空间的周期性。,2、晶体基础知识,单晶：等同基本单元在空间按周期排列成的物质聚集体。,晶体 基元 周期,晶型、多晶、晶相微观形态,晶型：依晶胞特征将单晶规属为某种晶体类型 多晶：大量单晶的聚集体构成某种微观形态（如球晶、串晶、树枝晶等）（多晶）晶相微观形态 （单晶）晶型,晶胞参数：表示晶胞形状和大小的 6 个参数，也称晶格特征参数。,晶
4、面指数的标定,AGDF (100) BEDG (010) CEDF (001) ACEG (101) ABC (111) AHC (121) OEG (111),七个晶系的晶胞参数,立方：a = b = c, = = = 90 六方：a = b c, = = 90,=120 四方：a = b c, = = = 90 三方：a = b = c, = = 90 斜方：a b c, = = = 90 单斜：a b c, = = 90 三斜：a b c, 90,晶面、晶面族与晶面间距,晶型：过晶体基元中心的几何平面晶面族：相互平行且间距相等的多个晶面晶面间距：一族晶面相邻晶面间的垂直距离,晶面与晶面族
5、示意图,不同晶面族的晶面间距,1、X射线衍射及Bragg方程,2 X射线衍射及分析方法,1.1 X射线衍射现象 X射线照射到晶体后产生散射 散射X射线在空间传播途中相互叠加 在不同传播方向产生离散的光强空间分布,X射线衍射原理,如果让一束连续X射线照射到某一晶体上，且在晶体后面放一黑纸包着的照相底片来探测X射线，会发现在底片上存在有规律分布的斑点，这就是相干散射干涉加强的结果。,晶体对X射线的衍射Bragg方程,光程差： = AB + BC = dsin + dsin = 2dsin 满足衍射的条件为：2dsin = n 式中：n 为整数；d 为晶面间距； 为入射波长； 为Bragg角或掠射角
6、，又称半衍射角。,X射线衍射学上规定衍射图各衍射峰的d值，由n=1时的计算值标记： d /(2sin),2、衍射仪法,衍射仪由四个基本部分组成：X射线发生部分、测角仪、探测器和计算机部分。,XRD图谱,3、样品测试及分析,3.1样品制备XRD分析要求样品无择优取向, 在任何方向中都应有足够数量的可供测量的晶体颗粒，样品可是多晶的块、片或粉末，但以粉末最为适宜。粉末要求：物相分析粒径约1-5m、定量分析粒径约在0.1-2m。对脆性物质宜用玛蹈研钵研细延展性好的金属及合金，可将其锉成细粉。,物相分析包括定性分析与定量分析两部分： 定性分析: 根据X射线衍射谱的特点，判断物相是否存在。 定量分析: 根据衍射线的强度分布情况，判断各个物相的相对含量。,3.2 XRD物相分析,Highscore软件演示,
