X射线衍射方法

1、1会计学X射线衍射方法射线衍射方法2牛牛文库文档分享3牛牛文库文档分享4粉末法原理是以粉末法原理是以单色单色X射线射线照射粉末（多晶体照射粉末（多晶体块状试样），使某些晶粒取向的（块状试样），使某些晶粒取向的（hkl）晶面）晶面满足布拉格方程满足布拉格方程2dsin=而产生衍射线，记而产生衍射线，记录录衍射角及强度衍射角及强度。牛牛文库文档分享5牛牛文库文档分享6德拜法衍射几何德拜法衍射几何牛牛文库文档分享7德拜相机结构德拜相机结构牛牛文库文档分享8University of Nottingham, United Kingdom德拜相机结构德拜相机结构牛牛文库文档分享9牛牛文库文档分享10德拜

2、相机结构德拜相机结构（1）机盒：相机的）机盒：相机的直径一般有直径一般有57.3mm和和114.6mm两种。它使得两种。它使得底片上的底片上的1mm长度恰好长度恰好对应于对应于2或或1的圆心角的圆心角。 （2）试样架）试样架（3）光阑）光阑：限制入射：限制入射x射线的不平行度，并根据孔径的大小调整入射线的束径和位置射线的不平行度，并根据孔径的大小调整入射线的束径和位置（4）承光管：）承光管：监视入射监视入射x射线的和试样的相对位置，同时吸收透射的射线的和试样的相对位置，同时吸收透射的x射线，减弱底片的射线，减弱底片的背景。它的头部有一块荧光片和一块铅玻璃。背景。它的头部有一块荧光片和一块铅玻璃

3、。 牛牛文库文档分享11德拜法照相参数设定牛牛文库文档分享12三种不同的底片安装方法牛牛文库文档分享13牛牛文库文档分享14牛牛文库文档分享15牛牛文库文档分享162L牛牛文库文档分享17式中式中R为相机半径。为相机半径。在背射区在背射区，即，即290时，时，2L2L=R =R 4(rad)4(rad) 2LR44（rad)rad)2L12L20 2 90 牛牛文库文档分享183 .574360242RRLRL43 .572)90(3 .574360242RRLRL43 .57290入射入射X射线波长射线波长为已知量，在计算出为已知量，在计算出角之后，可利用角之后，可利用2dsin算出每对衍算

4、出每对衍射圆弧所对应的反射面的面间距射圆弧所对应的反射面的面间距d牛牛文库文档分享19(2) (2) 衍射花样指数标定衍射花样指数标定 牛牛文库文档分享20)(4sin222222LKHa : )( : )(:sin:sin2222222121212212LKHLKH去掉常数项，可写出数列为：去掉常数项，可写出数列为：222LKHad可写出：可写出：牛牛文库文档分享21NLKH222 :sin:sin:sin321322212NNN牛牛文库文档分享22 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 16 18 19 20 21 22 24简单立方体心立方面心立方金刚石立方牛牛文

5、库文档分享23衍射线顺序号简单立方体心立方面心立方金刚石立方HKLNHKLNHKLNHKLN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 100110111200210211220300,221310311123456891011123456891011110200211220310222321400411,330246810121416182012345678910111200220311222400331420422333,5113481112161920242711.332.663.6745.336.336.6789111220311400331422333,511440531620381

6、11619242732354012.663.675.336.338910.6711.6713.331NNi1NNi1NNi1NNi牛牛文库文档分享24二、找到一个公因数，乘以数列中各项，二、找到一个公因数，乘以数列中各项，使之成为整数列，则为立方晶系，使之成为整数列，则为立方晶系，反之，非立方晶系反之，非立方晶系牛牛文库文档分享25牛牛文库文档分享26 :16:14:13:12:11:10:9:8:6:5:4:3:2:1:sin:sin2221各衍射峰对应的衍射面指数依次为各衍射峰对应的衍射面指数依次为（100）、（）、（110）、（）、（111）、（）、（200）、）、（210）、）、(21

7、1)、（、（220）、）、 （300）、）、（310）、（）、（311）牛牛文库文档分享27 sin2 1:sin2 2 1：2：3：4：5：6：7： 2：4：6：8：10：12：14： 对应的衍射面指数分别为（对应的衍射面指数分别为（110）、）、（200）、（）、（211）、（）、（220）、）、（310）、（）、（222）、（）、（321）牛牛文库文档分享28牛牛文库文档分享29sin2 1:sin2 2 3：4：8：11：12：16：19： 相应的衍射面指数依次为（相应的衍射面指数依次为（111）、（）、（200）、）、（220）、（）、（311）、（）、（222）、）、（400）、（

8、）、（331）牛牛文库文档分享30牛牛文库文档分享31牛牛文库文档分享32牛牛文库文档分享33牛牛文库文档分享34牛牛文库文档分享35牛牛文库文档分享36牛牛文库文档分享37试标定衍射线条对应晶面指数，并计算试标定衍射线条对应晶面指数，并计算点阵常数。点阵常数。21.89o, 25.55o, 37.59o, 45.66o, 48.37o, 59.46o, 69.64o, 69.99o, 74.05o, 74.61o.已知已知Ni3Al为立方系晶体为立方系晶体牛牛文库文档分享38l 令Sin2i=Ni l 则Ni/N1=1:1.33:2.68:3.67:4:5.32:6.33:6.35l :6.

9、65:6.68 3:4:8:11:12:16:19:19牛牛文库文档分享39衍射面指数分别为：衍射面指数分别为：111、200、220、311、222、400、331、420因为有高角度，故后两条衍射因为有高角度，故后两条衍射Ka1和和Ka2分开分开牛牛文库文档分享40222lkhad牛牛文库文档分享41)(4sin222222lkha222sin2lkha(0.1542/2sin21.89) 0. 358nm3牛牛文库文档分享422sin牛牛文库文档分享43牛牛文库文档分享44德拜法总结德拜照相法缺点：德拜照相法缺点：用底片记录衍射信息，用底片记录衍射信息，分辨率低分辨率低,测量测量衍射线强

10、度和线形精确度差，曝光时衍射线强度和线形精确度差，曝光时间长。间长。 牛牛文库文档分享454.3 衍射仪法X X射线衍射仪射线衍射仪：采用采用探测器探测器取代底片记录信息，探测器取代底片记录信息，探测器逐个记录衍射光子，并将其转化为逐个记录衍射光子，并将其转化为电脉冲得到衍射图电脉冲得到衍射图样样可以准确地测量可以准确地测量衍射线的线位、强度和线形衍射线的线位、强度和线形牛牛文库文档分享464.3 衍射仪法牛牛文库文档分享47不同型号的X射线衍射仪牛牛文库文档分享48牛牛文库文档分享49(1)常用衍射仪主要由常用衍射仪主要由X射线发生系统、测角及探测射线发生系统、测角及探测控制系统、数据处理系

11、统三大部分组成控制系统、数据处理系统三大部分组成 。X射线衍射仪构造示意图射线衍射仪构造示意图牛牛文库文档分享50X 光光管管固固定定（2 2）. .测角仪测角仪X X光管光管样品台样品台探测器探测器样品台样品台探测器探测器牛牛文库文档分享51测角仪构造示意图（1）样品台）样品台H：位于测角仪中心，可以绕：位于测角仪中心，可以绕O轴转动轴转动（2）X射线源：由射线源：由x射线管靶射线管靶T上线状焦点上线状焦点S发出发出在测量时，试样绕测角仪中心在测量时，试样绕测角仪中心轴转动，不断改变入射线与试样轴转动，不断改变入射线与试样表面夹角表面夹角，计数器、沿测角仪，计数器、沿测角仪圆运动接收各衍射角

12、圆运动接收各衍射角2所对应所对应的衍射强度的衍射强度A、B狭缝：获得平行的入射线和衍射线狭缝：获得平行的入射线和衍射线F：光阑；：光阑；G：计数管：计数管 K：刻度盘测角仪构造牛牛文库文档分享52（3 3）衍射几何）衍射几何牛牛文库文档分享53（4）衍射仪狭缝系统狭缝设置的目的是提高衍射仪的狭缝设置的目的是提高衍射仪的分辨率和灵敏度分辨率和灵敏度，它对衍射线形和峰背比影响也很大它对衍射线形和峰背比影响也很大a b bF F牛牛文库文档分享54两套光路图两套光路图（5 5）晶体单色器：）晶体单色器：消除消除K K辐射辐射及由及由连续连续X X射线射线和和荧光荧光X X射线射线产生产生的的背底背底

13、牛牛文库文档分享55粉末衍射仪常用计数器计数器功能：计数器功能：将将X X射线光子的能量射线光子的能量转换转换成成电脉冲信号电脉冲信号电子光学系统：进一步将计数器输出电子光学系统：进一步将计数器输出的电脉冲信号转变成可以直接读取或的电脉冲信号转变成可以直接读取或记录的数值。记录的数值。牛牛文库文档分享56正比计数器示意图正比计数器示意图牛牛文库文档分享57闪烁计数器闪烁计数器：闪烁计数器：利用利用X X射线激发射线激发可见可见荧光荧光，通，通过过光电倍增获得光电倍增获得X X射线强度信号射线强度信号牛牛文库文档分享58SiSi（LiLi）探测器）探测器牛牛文库文档分享59晶体单色器的使用牛牛文

14、库文档分享60衍射图谱的获取衍射图谱的获取牛牛文库文档分享61牛牛文库文档分享62牛牛文库文档分享63牛牛文库文档分享643. 3. 扫描方式扫描方式牛牛文库文档分享65连续扫描连续扫描X射线衍射图谱射线衍射图谱牛牛文库文档分享66牛牛文库文档分享672-T heta67.2 67.4 67.6 67.86868.2 68.4 68.6Intensity50100150200250(c/s)b.b.步进扫描步进扫描 步进扫描又称步进扫描又称阶梯扫描阶梯扫描。步进扫描工作是不连续的，。步进扫描工作是不连续的，试样每转动一定的角度试样每转动一定的角度即停止，在这期间，探测器等后即停止，在这期间，探

15、测器等后续设备开始工作，并以定标器记录测定在此期间内衍射线续设备开始工作，并以定标器记录测定在此期间内衍射线的总计数，然后试样转动一定角度，重复测量，输出结果的总计数，然后试样转动一定角度，重复测量，输出结果。 牛牛文库文档分享68牛牛文库文档分享69牛牛文库文档分享70牛牛文库文档分享71)3(222210baba抛物线方程： （2 2 0）2a（I-I0)a为常数取三个等距的实验点（2 1，I1），（2 2，I2），（ 2 3，I3）代入方程得：a=I2-I1, b=I2-I3牛牛文库文档分享72)2()2(2222dIdI(3)(3)重心法重心法牛牛文库文档分享73峰位峰位 面间距面间距

16、d 定性分析定性分析 点阵参数点阵参数 d漂移漂移 残余应力残余应力 固溶体分析固溶体分析半高宽半高宽 结晶性结晶性 微晶尺寸微晶尺寸 晶格点阵晶格点阵非晶质的积分强度非晶质的积分强度结晶质的积分强度结晶质的积分强度定量分析定量分析结晶度角度（角度（22）强度强度判定有无谱峰判定有无谱峰准晶质、非晶质准晶质、非晶质样品方位与强度变化（取向样品方位与强度变化（取向）集合组织集合组织纤维组织纤维组织极图极图牛牛文库文档分享74衍射图形的特点相关信息衍射线的位置强度定性分析晶体结构衍射线的宽度微晶尺寸结晶的完整性（原子/晶格的排列）广高衍射角的强度衰减结晶性原子的热震动衍射强度的样品依存性晶体方位的

17、偏离（织构取向）角根据衍射角度的样品方向发生变化 残余应力测试非晶物质晕结晶质谱峰强度比结晶度化非晶物质晕的强度分布矢径分布函数(非晶质的结构解析)周期性谱峰的位置周期结构的层叠周期小 方向性 取向性 阔展 完整性角直射光束的扩展、强度分布粒径解析镜面反射性的角度依存性薄膜的密度膜厚粗糙度牛牛文库文档分享75牛牛文库文档分享76粉末法原理是以粉末法原理是以单色单色X射线射线照射粉末（多晶体照射粉末（多晶体块状试样），使某些晶粒取向的（块状试样），使某些晶粒取向的（hkl）晶面）晶面满足布拉格方程满足布拉格方程2dsin=而产生衍射线，记而产生衍射线，记录录衍射角及强度衍射角及强度。牛牛文库文档分享77牛牛文库文档分享78 s