第一篇：X射線衍射讀書報(bào)告

X射線衍射讀書報(bào)告

一．X射線簡(jiǎn)介：

X射線的發(fā)現(xiàn)：1895年，德國(guó)物理學(xué)家倫琴在做陰極射線實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了X射線。

X射線的特點(diǎn):使某些物質(zhì)發(fā)出熒光；使氣體電離、底片感光；具有極強(qiáng)的穿透力。此外，在本質(zhì)上，X射線和可見(jiàn)光一樣，都是電磁波，只是X射線的波長(zhǎng)很短，其波長(zhǎng)范圍大致在0.01—10納米之間。

X射線的產(chǎn)生：X射線是原子內(nèi)殼層電子躍遷產(chǎn)生的一種輻射。當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)的電子在靶上驟然減速時(shí)，由于電子動(dòng)能的轉(zhuǎn)化，也伴隨輻射X射線。通常通過(guò)以下步驟而產(chǎn)生X射線：

①.發(fā)射大量的自由電子，通常用熱鎢絲發(fā)射電子；

②.在真空中將自由電子加速以獲得高速度，通常用20—60kV的高壓電場(chǎng)來(lái)加速電子；

③.在高速電子流的運(yùn)動(dòng)路程上設(shè)置一個(gè)靶，是高速運(yùn)動(dòng)的電子受阻而突然減速，在靶面上就會(huì)輻射X射線。

X射線發(fā)生裝置的基本原理示意圖如下：

二．晶體物質(zhì)簡(jiǎn)介： 晶體物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)具有一定的特征，即組成晶體的粒子（原子，離子或分子）的排列具有周期性和對(duì)稱性。以食鹽晶體為例：

晶粒外形具有直角棱邊，微觀結(jié)構(gòu)上由Na+和Cl?彼此整齊排列而成的立方點(diǎn)陣NaCl晶體中，每個(gè)離子有六個(gè)相鄰的離子，構(gòu)成八面體離子間隔為0.5627nm，其晶體結(jié)構(gòu)示意圖如下：

從另一個(gè)角度來(lái)看，可以把晶體看成是由一組平行、等距、結(jié)構(gòu)相同的原子組成。（為敘述簡(jiǎn)潔，廣義的認(rèn)為晶體由原子組成，下文亦是如此）總之，晶體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)分配有一定的規(guī)則，這一點(diǎn)與光柵的結(jié)構(gòu)具有相似之處。根據(jù)衍射的相關(guān)知識(shí)可以知道，只有當(dāng)入射光的波長(zhǎng)與障礙物可相比擬時(shí)，衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯發(fā)生。但是，一般光柵的光柵常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于X射線的波長(zhǎng)，由光柵公式：(a + b)sinθ = kλ, k = 0,±1,± 2?可以知道，各級(jí)明條紋對(duì)應(yīng)的衍射角將很小，難以分辨，所以無(wú)法用一般光柵來(lái)觀察X射線的衍射。但是晶體原子之間的間距約為0.1納米數(shù)量級(jí)，與X射線波長(zhǎng)數(shù)量級(jí)相當(dāng)。所以天然晶體可以看做是光柵常數(shù)很小的空間三維衍射光柵。

三．晶格的X射線衍射：

勞厄斑：

1912年德國(guó)物理家勞厄設(shè)想將晶體作為三維光柵，設(shè)計(jì)了一個(gè)如下的實(shí)驗(yàn)：

從上衍射圖可以看出：X射線經(jīng)晶體片衍射之后使底片感光，得到一些規(guī)則分布的斑點(diǎn)，即勞厄斑。因?yàn)榫w是很多組平行晶面，所以勞厄斑由空間分布的亮斑組成。勞厄斑的出現(xiàn)就是X射線通過(guò)晶體點(diǎn)陣發(fā)生衍射的結(jié)果。

X射線晶格衍射的原理： 勞厄?qū)嶒?yàn)之后，英國(guó)物理學(xué)家布拉格父子提出了一種比較簡(jiǎn)單的方法來(lái)說(shuō)明X射線的衍射。（實(shí)際上，勞厄也解釋了勞厄斑的形成，但他的方法比較復(fù)雜）他們將晶體空間點(diǎn)陣簡(jiǎn)化，將晶體當(dāng)做反射光柵來(lái)處理。如下圖：

對(duì)于以θ角掠射的單色平行的X射線投射到晶面間距為d的晶面上時(shí)，在各晶面所散射的射線當(dāng)中，只有按反射定律入射的射線的強(qiáng)度為最大。從圖可以看出，由上下兩晶面所發(fā)出的反射光的光程差為：

AC+BD=2dsinθ

當(dāng)光程差滿足布拉格公式：

2dsinθ= kλ,k=1,2,3?.衍射加強(qiáng)，形成光點(diǎn)。

X射線衍射方法：

X射線產(chǎn)生衍射的必要條件是入射的X射線的波長(zhǎng)λ與它的晶面的夾角θ必須滿足上面的布拉格方程。因此，為了實(shí)現(xiàn)衍射，可以讓這兩者在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候連續(xù)的變化，以便找到符合布拉格方程的機(jī)會(huì)。根據(jù)改變這兩個(gè)變量的方式，可以分為以下三種主要方法：

①.勞厄法：

將一束連續(xù)X射線入射到固定的單晶體上，晶體的每一組晶面的布拉格角都是固定不變的。這時(shí)每組晶面都選擇并衍射X射線束中能滿足布拉格方程的特定波長(zhǎng)，故衍射光束由不同波長(zhǎng)組成。②.轉(zhuǎn)晶法：

讓單晶體的某晶軸垂直于單色X射線，晶體可以繞選定的晶向旋轉(zhuǎn)，并環(huán)繞轉(zhuǎn)軸安排一張圓柱形底片（用于感光）。拍照時(shí)，不斷旋轉(zhuǎn)晶體，某組晶體某一位置正好與射線光束滿足布拉格角度時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)衍射線束，在底片感光留下衍射圖樣。③．粉末法：

將晶體的粉末或多晶體安防在單色X射線中，由于晶粒的無(wú)規(guī)則取向，相當(dāng)于方法2中的圍繞著所有可能的軸旋轉(zhuǎn)單晶體。由此而形成以入射線束為軸的衍射圓錐，可用感光膠片拍攝下來(lái)。

四．X射線衍射的應(yīng)用：

生命科學(xué)中的應(yīng)用：

早在1938年，布拉格看到研究生佩魯茲所拍攝的血紅蛋白的衍射照片時(shí)，他就判斷可能可以用X射線衍射來(lái)推測(cè)出它的結(jié)構(gòu)。此后，英國(guó)青年生物學(xué)家沃森和英國(guó)物理學(xué)家克里克在參考了倫敦大學(xué)威爾金斯和富蘭克林所獲得的DNA的X射線衍射圖譜之后，提出看DNA的右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。在生命科學(xué)研究中，利用晶體衍射技術(shù)來(lái)確定生物大分子（如蛋白質(zhì)和核酸）結(jié)構(gòu)的基本思路是：

利用X射線作為衍射波源，通過(guò)大分子后形成一定的衍射圖紋，通過(guò)對(duì)衍射圖紋的分析與測(cè)定，反推出大分子的結(jié)構(gòu)模型。DNA結(jié)構(gòu)的測(cè)定就是這一思路的成功應(yīng)用。醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用：

X射線具有很容易穿過(guò)由氫、氧、氮、碳等較輕元素組成的肌肉組織，不易穿透骨骼的特點(diǎn)，可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上的X射線透視。下圖為倫琴夫人的手的X射線透視圖：

物理學(xué)上的應(yīng)用：

①.如果晶格常數(shù)已知，可以用來(lái)測(cè)定X射線的波長(zhǎng)，進(jìn)行倫琴射線的光譜分析；

②.如果X 射線的波長(zhǎng)已知，可以用來(lái)測(cè)量晶體的晶格常數(shù)，從而分析晶體的結(jié)構(gòu)。

五．參考資料：

①.《大學(xué)物理》，經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)出版社，P544，“晶體對(duì)X射線的衍射”；

②．《現(xiàn)代光學(xué)實(shí)驗(yàn)》，南開大學(xué)出版社，P278，“X射線分析”；

③．課件：12—chap12-11。

第二篇：X射線衍射（范文）

X射線衍射

（大慶師范學(xué)院 物理與電氣信息工程系 10級(jí)物理學(xué)一班 周瑞勇 201001071465）

摘 要：X射線受到原子核外電子的散射而發(fā)生的衍射現(xiàn)象。由于晶體中規(guī)則的原子排列就會(huì)產(chǎn)生規(guī)則的衍射圖像，可據(jù)此計(jì)算分子中各種原子間的距離和空間排列，是分析大分子空間結(jié)構(gòu)有用的方法。

關(guān)鍵詞：核外電子 散射 衍射 空間排列

一

前言

1912年勞埃等人根據(jù)理論預(yù)見(jiàn)，并用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了X射線與晶體相遇時(shí)能發(fā)生衍射現(xiàn)象，證明了X射線具有電磁波的性質(zhì)，成為X射線衍射學(xué)的第一個(gè)里程碑。當(dāng)一束單色X射線入射到晶體時(shí)，由于晶體是由原子規(guī)則排列成的晶胞組成，這些規(guī)則排列的原子間距離與入射X射線波長(zhǎng)有X射線衍射分析相同數(shù)量級(jí)，故由不同原子散射的X射線相互干涉，在某些特殊方向上產(chǎn)生強(qiáng)X射線衍射，衍射線在空間分布的方位和強(qiáng)度，與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。這就是X射線衍射的基本原理。

X射線及其衍射X射線是一種波長(zhǎng)很短(約為20～0.06埃)的電磁波，能穿透一定厚度的物質(zhì)，并能使熒光物質(zhì)發(fā)光、照相乳膠感光、氣體電離。在用高能電子束轟擊金屬“靶”材產(chǎn)生X射線，它具有與靶中元素相對(duì)應(yīng)的特定波長(zhǎng)，稱為特征（或標(biāo)識(shí)）X射線。如通常使用的靶材對(duì)應(yīng)的X射線的波長(zhǎng)大約

為1.5406埃。考慮到X射線的波長(zhǎng)和晶體內(nèi)部原子面間的距離相近，1912年德國(guó)物理學(xué)家勞厄(M.von Laue)提出一個(gè)重要的科學(xué)預(yù)見(jiàn)：晶體可以作為X射線的空間衍射光柵,即當(dāng)一束 X射線通過(guò)晶體時(shí)將發(fā)生衍射，衍射波疊加的結(jié)果使射線的強(qiáng)度在某些方向上加強(qiáng)，在其他方向上減弱。分析在照相底片上得到的衍射花樣，便可確定晶體結(jié)構(gòu)。這一預(yù)見(jiàn)隨即為實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證。

二 發(fā)展

X射線是19世紀(jì)末20世紀(jì)初物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)（X射線1895年、放射線1896年、電子1897年）之一，這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代物理學(xué)的產(chǎn)生。

自倫琴發(fā)現(xiàn)X射線后，許多物理學(xué)家都在積極地研究和探索，1905年和1909年，巴克拉曾先后發(fā)現(xiàn)X射線的偏振現(xiàn)象，但對(duì)X射線究竟是一種電磁波還是微粒輻射，仍不清楚。1912年德國(guó)物理學(xué)家勞厄發(fā)現(xiàn)了X射線通過(guò)晶體時(shí)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，證明了X射線的波動(dòng)性和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性，發(fā)表了《X射線的干涉現(xiàn)象》一文。

勞厄的文章發(fā)表不久，就引起英國(guó)布拉格父子的關(guān)注，當(dāng)時(shí)老布拉格（WH．Bragg）已是利茲大學(xué)的物理學(xué)教授，而小布拉格（WL．Bragg）則剛從劍橋大學(xué)畢業(yè)，在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室。由于都是X射線微粒論者，兩人都試圖用X射線的微粒理論來(lái)解釋勞厄的照片，但他們的嘗試未能取得成功。年輕的小布拉格經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，成功地解釋了勞厄的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。他以更簡(jiǎn)潔的方式，清楚地解釋了X射線晶體衍射的形成，并提出了著名的布拉格公式：nX=Zdsino這一結(jié)果不僅證明了小布拉格的解釋的正確性，更重要的是證明了能夠用X射線來(lái)獲取關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)的信息。

1912年11月，年僅22歲的小布位格以《晶體對(duì)短波長(zhǎng)電磁波衍射》為題向劍橋哲學(xué)學(xué)會(huì)報(bào)告了上述研究結(jié)果。老布拉格則于1913年元月設(shè)計(jì)出第一臺(tái)X射線分光計(jì)，并利用這臺(tái)儀器，發(fā)現(xiàn)了特征X射線。小布拉格在用特征X射線分析了一些堿金屬鹵化物的晶體結(jié)構(gòu)之后，與其父親合作，成功地測(cè)定出了金剛石的晶體結(jié)構(gòu)，并用勞厄法進(jìn)行了驗(yàn)證。金剛石結(jié)構(gòu)的測(cè)定完美地說(shuō)明了化學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)認(rèn)為的碳原子的四個(gè)鍵按正四面體形狀排列的結(jié)論。這對(duì)尚處于新生階段的X射線晶體學(xué)來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常重要的事件，它充分顯示了X射線衍射用于分析晶體結(jié)構(gòu)的有效性，使其開始為物理學(xué)家和化學(xué)家普遍接受。

三 原理與應(yīng)用

1913年英國(guó)物理學(xué)家布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在勞厄發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,不僅成功地測(cè)定了NaCl、KCl等的晶體結(jié)構(gòu),并提出了作為晶體衍射基礎(chǔ)的著名公式──布拉格方程：

2d sinθ=nλ

式中λ為X射線的波長(zhǎng)，n為任何正整數(shù)。

當(dāng)X射線以掠角θ(入射角的余角)入射到某一點(diǎn)陣晶格間距為d的晶面上時(shí),在符合上式的條件下，將在反射方向上得到因疊加而加強(qiáng)的衍射線。布拉格方程簡(jiǎn)潔直觀地表達(dá)了衍射所必須滿足的條件。當(dāng) X射線波長(zhǎng)λ已知時(shí)(選用固定波長(zhǎng)的特征X射線)，采用細(xì)粉末或細(xì)粒多晶體的線狀樣品,可從一堆任意取向的晶體中，從每一θ角符合布拉格方程條件的反射面得到反射,測(cè)出θ后，利用布拉格方程即可確定點(diǎn)陣晶面間距、晶胞大小和類型;根據(jù)衍射線的強(qiáng)度,還可進(jìn)一步確定晶胞內(nèi)原子的排布。這便是X射線結(jié)構(gòu)分析中的粉末法或德拜-謝樂(lè)(Debye—Scherrer)法的理論基礎(chǔ)。而在測(cè)定單晶取向的勞厄法中所用單晶樣品保持固定不變動(dòng)（即θ不變）,以輻射束的波長(zhǎng)作為變量來(lái)保證晶體中一切晶面都滿足布拉格方程的條件,故選用連續(xù)X射線束。如果利用結(jié)構(gòu)已知的晶體，則在測(cè)定出衍射線的方向θ后,便可計(jì)算X射線的波長(zhǎng)，從而判定產(chǎn)生特征X射線的元素。這便是X射線譜術(shù),可用于分析金屬和合金的成分。

X射線衍射在金屬學(xué)中的應(yīng)用 X射線衍射現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)后，很快被用于研究金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了許多具有重大意義的結(jié)果。如韋斯特格倫（A.Westgren）(1922年)證明α、β和δ鐵都是立方結(jié)構(gòu)，β-Fe并不是一種新相;而鐵中的α─→γ

轉(zhuǎn)變實(shí)質(zhì)上是由體心立方晶體轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄w，從而最終否定了β-Fe硬化理論。隨后,在用X射線測(cè)定眾多金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)的同時(shí)，在相圖測(cè)定以及在固態(tài)相變和范性形變研究等領(lǐng)域中均取得了豐碩的成果。如對(duì)超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，推動(dòng)了對(duì)合金中有序無(wú)序轉(zhuǎn)變的研究，對(duì)馬氏體相變晶體學(xué)的測(cè)定，確定了馬氏體和奧氏體的取向關(guān)系；對(duì)鋁銅合金脫溶的研究等等。目前 X射線衍射(包括散射)已經(jīng)成為研究晶體物質(zhì)和某些非晶態(tài)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的有效方法。在金屬中的主要應(yīng)用有以下方面。

四 物相分析與取向分析

物相分析 是 X射線衍射在金屬中用得最多的方面，分定性分析和定量分析。前者把對(duì)材料測(cè)得的點(diǎn)陣平面間距及衍射強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)物相的衍射數(shù)據(jù)相比較，確定材料中存在的物相；后者則根據(jù)衍射花樣的強(qiáng)度，確定材料中各相的含量。在研究性能和各相含量的關(guān)系和檢查材料的成分配比及隨后的處理規(guī)程是否合理等方面都得到廣泛應(yīng)用。

取向分析 包括測(cè)定單晶取向和多晶的結(jié)構(gòu)（見(jiàn)擇優(yōu)取向）。測(cè)定硅鋼片的取向就是一例。另外，為研究金屬的范性形變過(guò)程，如孿生、滑移、滑移面的轉(zhuǎn)動(dòng)等，也與取向的測(cè)定有關(guān)。

晶粒（嵌鑲塊）大小和微觀應(yīng)力的測(cè)定 由衍射花樣的形狀和強(qiáng)度可計(jì)算晶粒和微應(yīng)力的大小。在形變和熱處理過(guò)程中這兩者有明顯變化，它直接影響材料的性能。

宏觀應(yīng)力的測(cè)定 宏觀殘留應(yīng)力的方向和大小，直接影響機(jī)器零件的使用壽命。利用測(cè)量點(diǎn)陣平面在不同方向上的間距的變化，可計(jì)算出殘留應(yīng)力的大小和方向。

對(duì)晶體結(jié)構(gòu)不完整性的研究 包括對(duì)層錯(cuò)、位錯(cuò)、原子靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地偏離平衡位置，短程有序，原子偏聚等方面的研究（見(jiàn)晶體缺陷）。

合金相變 包括脫溶、有序無(wú)序轉(zhuǎn)變、母相新相的晶體學(xué)關(guān)系，等等。

結(jié)構(gòu)分析 對(duì)新發(fā)現(xiàn)的合金相進(jìn)行測(cè)定，確定點(diǎn)陣類型、點(diǎn)陣參數(shù)、對(duì)稱性、原子位置等晶體學(xué)數(shù)據(jù)。

液態(tài)金屬和非晶態(tài)金屬 研究非晶態(tài)金屬和液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)，如測(cè)定近程序參量、配位數(shù)等。

特殊狀態(tài)下的分析 在高溫、低溫和瞬時(shí)的動(dòng)態(tài)分析。

此外，小角度散射用于研究電子濃度不均勻區(qū)的形狀和大小,X射線形貌術(shù)用于研究近完整晶體中的缺陷如位錯(cuò)線等，也得到了重視。

五 最新進(jìn)展

X射線分析的新發(fā)展 金屬X射線分析由于設(shè)備和技術(shù)的普及已逐步變成金屬研究和材料測(cè)試的常規(guī)方法。早期多用照相法，這種方法費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，強(qiáng)度測(cè)量的精確度低。50年代初問(wèn)世的計(jì)數(shù)器衍射儀法具有快速、強(qiáng)度測(cè)量準(zhǔn)確，并可配備計(jì)算機(jī)控制等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。但使用單色器的照相法在微量樣品和探索未知新相的分析中仍有自己的特色。從70年代以來(lái)，隨著高強(qiáng)度X射線源（包括超高強(qiáng)度的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X射線發(fā)生器、電子同步加速輻射,高壓脈沖X射線源）和高靈敏度探測(cè)器的出現(xiàn)以及電子計(jì)算機(jī)分析的應(yīng)用，使金屬 X射線學(xué)獲得新的推動(dòng)力。這些新技術(shù)的結(jié)合，不僅大大加快分析速度，提高精度，而且可以進(jìn)行瞬時(shí)的動(dòng)態(tài)觀察以及對(duì)更為微弱或精細(xì)效應(yīng)的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 梁棟材，X射線晶體學(xué)基礎(chǔ)，科學(xué)出版社，2006年，北京

[2] 于全芝，宋連科等.多晶材料X射線衍射定量分析的多項(xiàng)式擬合法.光譜學(xué)與光譜分析,2004.2.[3] 姬洪，左長(zhǎng)明等.SrTiO3薄膜材料的高分辨率X射線衍射分析研究.功能材料,2004.z1.[4] 張俊，王蘇程等.X射線衍射法測(cè)定加載條件下鎳基單晶高溫合金的表層應(yīng)力狀態(tài).金屬學(xué)報(bào),2007.11.

第三篇：X射線衍射實(shí)驗(yàn)報(bào)告

X射線衍射實(shí)驗(yàn)報(bào)告

摘要：

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)了解到X射線的產(chǎn)生、特點(diǎn)和應(yīng)用；理解X射線管產(chǎn)生連續(xù)X射線譜和特征X射線譜的基本原理，了解D8xX射線衍射儀的基本原理和使用方法，通過(guò)分析軟件對(duì)測(cè)量樣品進(jìn)行定性的物相分析。

關(guān)鍵字：布拉格公式 晶體結(jié)構(gòu)，X射線衍射儀，物相分析

引言：

X射線最早由德國(guó)科學(xué)家W.C.Roentgen在1895年在研究陰極射線發(fā)現(xiàn)，具有很強(qiáng)的穿透性，又因x射線是不帶電的粒子流，所以在電磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)。1912年勞厄等人發(fā)現(xiàn)了X射線在晶體中的衍射現(xiàn)象，證實(shí)了X射線本質(zhì)上是一種波長(zhǎng)很短的電磁輻射，其波長(zhǎng)約為10nm到10–2nm之間，與晶體中原子間的距離為同一數(shù)量級(jí)，是研究晶體結(jié)構(gòu)的有力工具。物相分析中的衍射方法包括X射線衍射，電子衍射和中子衍射三種，其中X射線衍射方法使用最廣，它包括德拜照相法，聚集照相法，和衍射儀法。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解X射線衍射儀的結(jié)構(gòu)及工作原理

2.熟悉X射線衍射儀的操作

3.掌握運(yùn)用X射線衍射分析軟件進(jìn)行物相分析的方法

實(shí)驗(yàn)原理：

（1）X射線的產(chǎn)生和X射線的光譜

實(shí)驗(yàn)中通常使用X光管來(lái)產(chǎn)生X射線。在抽成真空的X光管內(nèi)，當(dāng)由熱陰極發(fā)出的電子經(jīng)高壓電場(chǎng)加速后，高速運(yùn)動(dòng)的電子轟擊由金屬做成的陽(yáng)極靶時(shí)，靶就發(fā)射X射線。發(fā)射出的X射線分為兩類：（1）如果被靶阻擋的電子的能量不越過(guò)一定限度時(shí)，發(fā)射的是連續(xù)光譜的輻射。這種輻射叫做軔致輻射；（2）當(dāng)電子的能量超過(guò)一定的限度時(shí)，可以發(fā)射一種不連續(xù)的、只有幾條特殊的譜線組成的線狀光譜，這種發(fā)射線狀光譜的輻射叫做特征輻射。對(duì)于特征X光譜分為

（1）K系譜線:外層電子填K層空穴產(chǎn)生的特征X射線Kα、Kβ…

（2）L系譜線:外層電子填L層空穴產(chǎn)生的特征X射線Lα、Lβ…如下圖1

圖1 特征X射線 X射線與物質(zhì)的作用

X射線與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生各種復(fù)雜過(guò)程。就其能量轉(zhuǎn)換而言，一束X射線通過(guò)物質(zhì)分為三部分：散射，吸收，透過(guò)物質(zhì)沿原來(lái)的方向傳播，如下圖2，其中相干散射是產(chǎn)生衍射花樣原因。

圖2

X射線與物質(zhì)的作用

晶體結(jié)構(gòu)與晶體X射線衍射

晶體結(jié)構(gòu)可以用三維點(diǎn)陣來(lái)表示。每個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)代表晶體中的一個(gè)基本單元，如離子、原子或分子等。

空間點(diǎn)陣可以從各個(gè)方向予以劃分，而成為許多組平行的平面點(diǎn)陣。因此，晶體可以看成是由一系列具有相同晶面指數(shù)的平面按一定的距離分布而形成的。各種晶體具有不同的基本單元、晶胞大小、對(duì)稱性，因此，每一種晶體都必然存在著一系列特定的d值，可以用于表征不同的晶體。

X射線波長(zhǎng)與晶面間距相近，可以產(chǎn)生衍射。晶面間距d和X射線的波長(zhǎng)的關(guān)系可以用布拉格方程來(lái)表示

2dsinθ＝nλ

根據(jù)布拉格方程，不同的晶面，其對(duì)X射線的衍射角也不同。因此，通過(guò)測(cè)定晶體對(duì)X射線的衍射，就可以得到它的X射線粉末衍射圖。如下圖3就是衍射儀的圖譜。

圖3 X射線衍射圖譜 物相鑒定原理

任何結(jié)晶物質(zhì)均具有特定晶體結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)類型，晶胞大小及質(zhì)點(diǎn)種類，數(shù)目，分布）和組成元素。一種物質(zhì)有自己獨(dú)特的衍射譜與之對(duì)應(yīng)，多相物質(zhì)的衍射譜為各個(gè)互不相干，獨(dú)立存在物相衍射譜的簡(jiǎn)單疊加。

衍射方向是晶胞參數(shù)的函數(shù)（取決于晶體結(jié)構(gòu)）；衍射強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)因子函數(shù)（取決于晶胞中原子的種類、數(shù)目和排列方式）。任何一個(gè)物相都有一套d-I特征值及衍射譜圖。因此，可以對(duì)多相共存的體系進(jìn)行全分析。也就是說(shuō)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的圖譜與數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知X射線粉末衍射圖對(duì)照，通過(guò)兩者的匹配性就可以確定它的物相。

實(shí)驗(yàn)儀器

本實(shí)驗(yàn)中使用的是德國(guó)布魯克公司D8 X射線衍射儀

其核心部件是：

1）高壓發(fā)生器與X光管

2）精度測(cè)角儀與B-B衍射幾何

3）光學(xué)系統(tǒng)及其參數(shù)選擇對(duì)采

集數(shù)據(jù)質(zhì)量影響

4）探測(cè)器

5）控測(cè)、采集數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理

儀器設(shè)計(jì)原理：R1=R2=R ,試樣轉(zhuǎn)θ角，探測(cè)器轉(zhuǎn)2θ角（2θ/θ偶合）或試樣不動(dòng)，光管轉(zhuǎn)θ，探測(cè)器轉(zhuǎn)θ（θ/ θ偶合），其基本結(jié)構(gòu)原理圖如下圖4

圖4 X射線衍射儀設(shè)計(jì)原理

聚焦圓隨衍射角大小而變化，衍射角越大、聚焦圓半徑越小，當(dāng)2θ=0，聚焦圓半徑r=∞；當(dāng)2θ=1800時(shí)，r=R/2,且r = R/2sinθ。

實(shí)驗(yàn)步驟

一，樣品制備

將待測(cè)粉末樣品在試樣架里均勻分布并用玻璃板壓平實(shí)，使試樣面與玻璃表面齊平，二，D8 X射線衍射儀使用測(cè)量衍射圖譜 1.按照D8 X射線衍射儀操作規(guī)程開機(jī)。（1）開總電源。（2）開電腦。（3）開循環(huán)水。

（4）開儀器電源（按綠色按鈕，由4燈全亮變成ON和ALARM燈亮）。

（5）開X-ray高壓（右側(cè)扳手順時(shí)針向上扳45度保持3~5秒，直到Ready燈亮）。

（6）開BIAS（在前蓋盤內(nèi)）。

2，開軟件XRD Commander。在XRD Commander里升電壓和電流，每隔30秒加5kV直到40kV；然后加電流，每隔30秒加5mA直到40mA。如果停機(jī)2天以上最好做光管老化：點(diǎn)擊D8 Tools主界面/X-ray generator，點(diǎn)擊工具欄里的utilities/X-ray.../Tube condition ON/OFF，在右下角的狀態(tài)欄出現(xiàn)Tube condition ON，電壓和電流會(huì)逐步升到50kV-5mA。大概需要1小時(shí)，等電壓和電流回到20kV-5mA，點(diǎn)擊Tube condition ON/OFF老化結(jié)束。（老化過(guò)程可隨時(shí)終止：點(diǎn)擊Tube condition ON/OFF即可。）

打開XRD Commander，先初始化（點(diǎn)擊兩個(gè)軸上面的選項(xiàng)Requested，選定兩個(gè)軸，使Tube為20，Detector為20，點(diǎn)擊菜單里的初始化圖標(biāo)進(jìn)行初始化）。做物相分析在Scantype中選Locked Coupled，并且在Detail中將探測(cè)器改為1D。在XRD Commander中選擇各參數(shù)（起始角、終止角、步長(zhǎng)等）開始測(cè)量。即可獲得一張衍射圖譜，將其保存為*.raw文件。對(duì)于未知的樣品：首先，掃描范圍

0.10~900，步長(zhǎng)大些，快速掃描。然后，參照第前面的譜線，把掃描起始角放在第一個(gè)峰前一點(diǎn)，把終止角放在最后一個(gè)峰后一點(diǎn)。對(duì)于一般定性分析用連續(xù)掃描。對(duì)于定量分析（例如無(wú)標(biāo)樣定量相分析等）對(duì)強(qiáng)度要求高，就用步進(jìn)掃描。3.按照D8 X射線衍射儀操作規(guī)程關(guān)機(jī)。

（1）在軟件里降高壓。在軟件XRD Commander里將高壓調(diào)到20kV~5mA，點(diǎn)擊“Set”。

（2）關(guān)軟件XRD Commander。

（3）關(guān)X-ray高壓（右側(cè)扳手逆時(shí)針向上扳45度），再等5分鐘。（4）關(guān)儀器電源（按紅色按鈕）。

（5）關(guān)循環(huán)水（關(guān)儀器電源后迅速關(guān)水）。（6）關(guān)BIAS（在前蓋盤內(nèi)）。（7）關(guān)電腦。（8）關(guān)總電源。

三，Eva軟件對(duì)圖譜處理進(jìn)行物相分析

（1）將待處理的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入。點(diǎn)擊File/Import/Scan調(diào)入原始數(shù)據(jù)文件*.raw進(jìn)行處

（2）在ToolBox框內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。i)扣背景：點(diǎn)擊Backgnd/點(diǎn)擊Default/點(diǎn)擊Replace，顯示扣背景處理后的數(shù)據(jù)（也可以點(diǎn)擊Backgnd，把門檻threshold改為“0”，上下移動(dòng)滑塊，調(diào)整至合適背景，點(diǎn)擊“Replace”，顯示扣背景處理后的數(shù)據(jù)）。

ii)刪除k：點(diǎn)擊Strip k/點(diǎn)擊Default/點(diǎn)擊Replace，顯示處理后的數(shù)據(jù)（也可以上下移動(dòng)滑塊調(diào)整至合適，單擊Replace，顯示處理后的數(shù)據(jù)）。

iii)平滑處理：?jiǎn)螕鬝mooth/點(diǎn)擊Default/點(diǎn)擊Replace，顯示處理后的數(shù)據(jù)（也可以設(shè)定需要平滑的參數(shù)，左右或上下移動(dòng)滑塊進(jìn)行調(diào)整，合適后單擊Replace，顯示處理后的數(shù)據(jù)）。

iv)尋峰：點(diǎn)擊Peak Search，設(shè)定尋峰參數(shù)（門檻threshold與峰寬Width標(biāo)定，可以上下移動(dòng)滑塊進(jìn)行調(diào)整）。點(diǎn)擊“Append to list”標(biāo)定全譜衍射d值（標(biāo)定漏峰只需按左鍵將“↓”拖移至峰頂點(diǎn)擊即可，刪除峰可點(diǎn)擊刪除峰與“×”即可），此時(shí)數(shù)據(jù)在peak狀態(tài)列于框內(nèi)。

（2）選定所有的峰，單擊Made DIF生成DIF文件。

（4）物相的定性分析：點(diǎn)擊Search/Match。在Search/Match框內(nèi)選擇前三個(gè)Quality Marks，選擇可能的元素，并選擇Pattern，點(diǎn)擊Search進(jìn)行檢索/匹配。（先選Toggle All/點(diǎn)擊左上角的元素“H”可以將所有的元素變?yōu)榧t色，即肯定沒(méi)有。/選擇肯定有的點(diǎn)成綠色。/選擇可能有的點(diǎn)成灰色。紅色肯定沒(méi)有。）。最后根據(jù)列表給出的可能物質(zhì)通過(guò)比較卡片內(nèi)的譜線和實(shí)際測(cè)量出譜線的吻合程度來(lái)確定組成成分，也就完成了X射線衍射的初步分析工作。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：

（1）對(duì)Fe和Cu樣品，其中可能氧化有氧，實(shí)驗(yàn)初步測(cè)量結(jié)果圖如下

圖5 樣品1的測(cè)量譜線

通過(guò)實(shí)驗(yàn)軟件，定性分析出其中有Fe2O3,，CU2+1O，以及alpha Fe2O3,。其圖譜與測(cè)量的匹配性如下；

對(duì)于alpha Fe2O3，其譜線與測(cè)量譜線的吻合度如下圖6，藍(lán)色線為alpha Fe2O3的譜線

圖6 alpha Fe2O3譜線與測(cè)量譜線的匹配

可以看出有幾個(gè)明顯的峰吻合，可以判斷樣品中含有alpha Fe2O3

對(duì)于Fe2O3,其藍(lán)色譜線與測(cè)量譜線的吻合度如下圖7；

圖7 Fe2O3譜線與測(cè)量譜線的吻合

同樣可以看出。有幾個(gè)小峰與測(cè)量譜線重合，樣品中存在Fe2O3 對(duì)于CU2+1O的藍(lán)色譜線與測(cè)量譜線的吻合度如下圖8

圖8

CU2+1O的譜線與測(cè)量譜線的吻合

可以看出，幾個(gè)特別強(qiáng)的峰均與CU2+1O吻合，可以說(shuō)樣品中含有CU2+1O。綜上和三者譜線之和與測(cè)量譜線的吻合度，可以看出，三種樣品的圖譜基本上把所有的峰都匹配了，如下圖9

由此基本上可以定性分析出樣品中的物質(zhì)是Fe2O3,，CU2+1O，以及alpha Fe2O3

（2）Mg和Si樣品，其中可能氧化有O，其實(shí)驗(yàn)測(cè)量的譜線圖如下

圖10 樣品2的測(cè)量譜線

同樣通過(guò)分析軟件，可以分析出樣品中只含Mg和Si兩種物質(zhì)，其各自的匹配性如下：

Mg的藍(lán)色譜線與測(cè)量譜線的吻合度：

2.Si的藍(lán)色譜線與測(cè)量譜線的吻合度：

3.綜合Si和Mg兩者譜線和與測(cè)量譜線的吻合度如下圖，可以基本看出，測(cè)量譜線所有的峰都被匹配了。

從此圖可以基本上定性分析出該樣品中只含有Mg和Si.實(shí)驗(yàn)討論

物相鑒定方法特點(diǎn)與注意點(diǎn)

不是單純的元素分析，能確定組元所處的化學(xué)狀態(tài)（式樣屬何物質(zhì)，那種晶體結(jié)構(gòu)，并確定其化學(xué)式）。

可區(qū)別同素異構(gòu)物相，尤其是對(duì)多型、固體有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變的鑒別。樣品由多組份構(gòu)成時(shí)，可區(qū)別是固溶體或是混合相（多組份物相）。

可分析粉末狀、塊狀、線狀試樣。樣品易得，耗量少，與實(shí)體系相近，應(yīng)用非常廣泛。

物相必是結(jié)晶態(tài)，可檢出非晶物。

微量相（如<1%wt）物相鑒定可利用物理化學(xué)電解分離萃取富集辦法，如無(wú)法萃取可加大輻射功率，使有可能出現(xiàn)3條衍射峰，即可鑒定物相，如輔之以其它方法更有利判定物相。

對(duì)分析模棱兩可的物相分析，借助試樣的歷史（如試樣來(lái)源、化學(xué)組分、處理情況等），或者借助其它分析手段如化學(xué)分析、金相、電鏡等）進(jìn)行綜合判斷是絕對(duì)必要的。最終人工判斷才能得出正確結(jié)論

實(shí)驗(yàn)思考

（1）X射線在晶體上產(chǎn)生衍射的條件是什么？

由Bragg 公式

可以知道，n最小取1，因而2d>=λ,也就是說(shuō)滿足2d>=λ 時(shí)，X射線在晶體上產(chǎn)生衍射。

（2）為什么衍射儀記錄的始終是平行于試樣表面的衍射？

對(duì)一些（hkl）晶面滿足布拉格方程產(chǎn)生對(duì)于粉末多晶體試樣，在任何方位上總會(huì)反射，而且反射是向四面八方的。但是那些平行于試樣表面的（hkl）晶面滿足入射角=衍射角=θ的條件，此時(shí)衍射線夾角為（π－2θ)，(π－2θ)正好為聚焦圓的圓周角，由平面幾何可知，位于同一圓弧上的圓周角相等，所以，位于試樣不同部位平行于試樣表面的（hkl）晶面，可以把各自的衍射線會(huì)聚到F點(diǎn)(由于S是線光源，所以F點(diǎn)得到的也是線光源)，這樣便達(dá)到了聚焦的目的。由此可以看出，衍射儀的衍射花樣均來(lái)自與試樣表面相平行的那些反射面的反射。（3）不平行表面的晶面有無(wú)衍射產(chǎn)生？

對(duì)于不平行于表面的晶面有衍射產(chǎn)生，只是不被接受器接受到，因而實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)不到。

（4）實(shí)驗(yàn)中使用的樣品的顆粒度有無(wú)要求？為什么

對(duì)于實(shí)驗(yàn)中樣品，粉晶、塊狀樣均可,表面平整，但是小顆粒可改善強(qiáng)度再現(xiàn)性。粒的大小影響著樣品衍射的最大相對(duì)強(qiáng)度及其對(duì)峰位的變化，對(duì)衍射峰位影響不是很大

晶粒的粒徑越小，衍射峰的峰高強(qiáng)度就越低，但過(guò)小粒徑的晶粒不能再近似看成具有無(wú)限多晶面的理想晶體，因其對(duì)X射線的彌散現(xiàn)象嚴(yán)重，表現(xiàn)在峰強(qiáng)變?nèi)酰遄儗挕?/p>

（5）用衍射儀如何區(qū)分單晶、多晶和非晶

對(duì)于非晶體，X射線衍射儀不產(chǎn)生衍射光譜，而對(duì)于單晶，產(chǎn)生的是一些不連續(xù)光譜，多晶產(chǎn)生的是連續(xù)性光譜，由此可以區(qū)分出單晶，多晶和非晶。

參考文獻(xiàn)：

《近代物理實(shí)驗(yàn)》 第二版

黃潤(rùn)生

第四篇：X射線衍射習(xí)題[推薦]

1． 簡(jiǎn)述下列概念（24分）

(1)特征(標(biāo)識(shí))X射線譜；(2)晶帶定律；(3)倒易球；(4)吸收限；(5)干涉指數(shù);(6)PDF卡片；(7)多重性因子；(8)干涉函數(shù)； 2． 用x射線衍射儀作物相分析，繪圖表示x射線管焦點(diǎn)、入射束、衍射束、接收狹縫、樣品表面及其法線、反射晶面及其法線、聚焦圓，衍射儀園之間的相互位置關(guān)系。（16分）

3． Cu3SnS4有三種變體，立方：a=0.528nm, 立方：a=1.074nm, 四方：a=0.538nm, c=1.076nm, 用Cu的Kα1(λ=0.15406nm)，計(jì)算并作出2?=10 o-40o的X射線衍射圖，并說(shuō)明它們之間的異同。（20分）

4． 已知??Fe屬于體心立方晶系，點(diǎn)陣參數(shù)a=0.28664nm 試計(jì)算前二條衍射線的Ihkl值,并寫出計(jì)算過(guò)程。（所用輻射為CuK?）（20分）

5． 從下列內(nèi)容中任選一項(xiàng)舉例說(shuō)明X射線衍射在材料研究中的應(yīng)用，簡(jiǎn)述其原理、方法、實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)處理？(1)點(diǎn)陣常數(shù)精確測(cè)定；(2)宏觀內(nèi)應(yīng)力測(cè)定；(3)晶格畸變和晶塊尺寸的測(cè)定；（4）晶體取向或織構(gòu)的測(cè)定；（5）晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定；（6）物相定性定量分析（20分）

2.Ewald圖解與布拉格方程解決什么問(wèn)題?它們?cè)诒举|(zhì)上是否相同?(20分)

3.已知鋼樣品由兩相物質(zhì)。馬氏體—Fe和?—Fe構(gòu)成。如今在衍射儀上用Cu K?對(duì)此樣品自40o到80o的范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，所得的衍射圖上有幾個(gè)衍射峰?標(biāo)注相應(yīng)的衍射晶面?(馬氏體—Fe為體心正方，點(diǎn)陣常數(shù)a＝0．2846nm、c=0.3053nm ；?—Fe為面心立方，點(diǎn)陣常數(shù)a＝0．360nm)（20分）4.試分析討論有序面心立方Cu3Au的消光規(guī)律, 計(jì)算相對(duì)強(qiáng)度I111、I200? 已知: a=0.3980nm, 用Cu靶，可不考慮溫度和吸收的影響。（20分）

5.X射線衍射花樣由哪三方面的信息組成？每一方面的信息在晶體學(xué)中的應(yīng)用有哪些？舉一例說(shuō)明其基本原理，實(shí)驗(yàn)過(guò)程（試樣處理、測(cè)試方法、測(cè)量條件），數(shù)據(jù)處理方法。（20分）6．

7． 闡述下列概念（15分）(1)聚焦園與測(cè)角儀園；

2、晶帶定律；

3、倒易球；

4、X射線譜；

5、干涉指數(shù)

8． X射線衍射幾何原理有哪幾種表達(dá)方法？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？（10分）

?． 使用Cu K?(???.????nm)作為入射線，對(duì)具有下列結(jié)構(gòu)物質(zhì)粉末圖樣，試預(yù)測(cè)隨著角度增加次序該粉末圖樣開始三個(gè)峰的2???和??HKL值。（15分）??????、簡(jiǎn)單立方（a=0.3nm）；?、簡(jiǎn)單四方（a=0.3nm，c=0.2nm）；

3、面心立方(a=0.56nm)???． 對(duì)NaCl, KCl, RbCl作多晶衍射，其衍射線強(qiáng)度如下表：? 衍射線 NaCl KCl RbCl 111 17 0 40 200 450 480 430 220 150 140 150 311 6 0 28 222 35 32 34 400 33 38 48 331 3 0 10 已知：幾種材料晶體結(jié)構(gòu)都一樣，－

Na+ K+

Rb+

Cl

離子半徑（nm）0.095 0.133 0.148 0.181 原子散射因子 9 14 31 14

o問(wèn)：

1、KCl的(220)衍射角????.3, NaCl的(220)會(huì)比此角大還是比此角小？為什么？（5分）；

2、解釋為什么KCl有幾條譜線的強(qiáng)度為零，為什么譜線強(qiáng)度分布相差甚大？（10分）

11． 試述X射線定性相分析與K值法定量相分析的方法與步驟（10分）

12． 材料的內(nèi)應(yīng)力分為哪幾種？這幾種應(yīng)力各自對(duì)X射線衍射峰產(chǎn)生什么影響？簡(jiǎn)述產(chǎn)生這種影響的原因？（10分）

13． A、B二組元構(gòu)成以A為溶劑，B為溶質(zhì)的固溶體，欲利用點(diǎn)陣參數(shù)法測(cè)定固溶線，試說(shuō)明其原理和基本的實(shí)驗(yàn)步驟。（15分）

14． X射線衍射花樣由哪三方面的信息組成？每一方面的信息在晶體學(xué)中的應(yīng)用有哪些？（10分）

1．比較X射線衍射分析與電子顯微分析技術(shù)在材料研究中的異同？(15分)2．右圖為含V低合金鋼薄膜的選區(qū)電子衍射照片，其中的德拜環(huán)系由鋼中的VCn微晶所產(chǎn)生，衍射斑系由鐵素體基體所致。VCn為fcc結(jié)構(gòu)，a=4.16?。鐵素體為bcc結(jié)構(gòu)，a=2.86?。試：(1)標(biāo)定三個(gè)德拜環(huán)的指數(shù)。

(2)計(jì)算儀器常數(shù)Lλ，并估計(jì)其誤差。(3)標(biāo)定A、B、C等斑點(diǎn)的指數(shù)。

(4)計(jì)算A、B、C相應(yīng)的晶帶軸指數(shù)[uvw]。

(5)分析高階勞埃斑沒(méi)有在照片上出現(xiàn)的可能原因。

（25分）

3．繪圖示意說(shuō)明體心立方結(jié)構(gòu)NiAl在有序和無(wú)序狀態(tài)下，其[010]晶帶的電子衍射花樣特征有何不同，為什么？（20分）

4．繪圖說(shuō)明TEM圖像中具有明暗相間條紋襯度特征的組織有哪些？用文字解釋其形成原理，用什么方法或根據(jù)什么特征才能將它們區(qū)分開來(lái)？（20分

5．要研究金屬中基體和析出相的組織形態(tài)及其晶體結(jié)構(gòu)，如何制備TEM樣品? 具體采用什么方法和步驟來(lái)進(jìn)行分析?（20分）

6．繪圖示意說(shuō)明面心立方結(jié)構(gòu)Cu3Au在有序和無(wú)序狀態(tài)下，其[010]晶帶的電子衍射花樣特征有何不同，為什么？（20分）

7．繪簡(jiǎn)圖說(shuō)明晶界、層錯(cuò)、位錯(cuò)、第二相等圖像襯度特征，并用文字解釋其形成原理，用什么方法，根據(jù)什么特征才能將它們區(qū)分開來(lái)？（20分

8．要觀察銅中基體和析出相的組織形態(tài)，同時(shí)要分析其晶體結(jié)構(gòu)，如何制備樣品?以怎樣的電鏡操作方式和步驟來(lái)進(jìn)行具體分析?（20分）

第五篇：X射線衍射分析

X射線衍射分析 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、了解X衍射的基本原理以及粉末X衍射測(cè)試的基本目的；

2、掌握晶體和非晶體、單晶和多晶的區(qū)別；

3、了解使用相關(guān)軟件處理XRD測(cè)試結(jié)果的基本方法。實(shí)驗(yàn)原理

1、晶體化學(xué)基本概念

晶體的基本特點(diǎn)與概念：①質(zhì)點(diǎn)（結(jié)構(gòu)單元）沿三維空間周期性排列（晶體定義），并有對(duì)稱性。②空間點(diǎn)陣：實(shí)際晶體中的幾何點(diǎn)，其所處幾何環(huán)境和物質(zhì)環(huán)境均同，這些“點(diǎn)集”稱空間點(diǎn)陣。③晶體結(jié)構(gòu)=空間點(diǎn)陣+結(jié)構(gòu)單元。非晶部分主要為無(wú)定形態(tài)區(qū)域，其內(nèi)部原子不形成排列整齊有規(guī)律的晶格。

對(duì)于大多數(shù)晶體化合物來(lái)說(shuō)，其晶體在冷卻結(jié)晶過(guò)程中受環(huán)境應(yīng)力或晶核數(shù)目、成核方式等條件的影響，晶格易發(fā)生畸變。分子鏈段的排列與纏繞受結(jié)晶條件的影響易發(fā)生改變。晶體的形成過(guò)程可分為以下幾步：初級(jí)成核、分子鏈段的 圖1 14種Bravais點(diǎn)陣

表面延伸、鏈松弛、鏈的重吸收結(jié)晶、表面成核、分子間成核、晶體生長(zhǎng)、晶體生長(zhǎng)完善。Bravais提出了點(diǎn)陣空間這一概念，將其解釋為點(diǎn)陣中選取能反映空間點(diǎn)陣周期性與對(duì)稱性的單胞，并要求單胞相等棱與角數(shù)最多。滿足上述條件棱間直角最多，同時(shí)體積最小。1848年Bravais證明只有14種點(diǎn)陣。晶體內(nèi)分子的排列方式使晶體具有不同的晶型。通常在結(jié)晶完成后的晶體中，不止含有一種晶型的晶體，因此為多晶化合物。反之，若嚴(yán)格控制結(jié)晶條件可得單一晶型的晶體，則為單晶。

2、X衍射的測(cè)試基本目的與原理

X射線是電磁波,入射晶體時(shí)基于晶體結(jié)構(gòu)的周期性，晶體中各個(gè)電子的散射波可相互干涉。散射波周相一致相互加強(qiáng)的方向稱衍射方向。衍射方向取決于晶體的周期或晶胞的大小,衍射強(qiáng)度是由晶胞中各個(gè)原子及其位置決定的。由倒易點(diǎn)陣概念導(dǎo)入X射線衍射理論, 倒易點(diǎn)落在Ewald 球上是產(chǎn)生衍射必要條件。1912年勞埃等人根據(jù)理論預(yù)見(jiàn)，并用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了X射線與晶體相遇時(shí)能發(fā)生衍射現(xiàn)象，證明了X射線具有電磁波的性質(zhì)，成為X射線衍射學(xué)的第一個(gè)里程碑。當(dāng)一束單色X射線入射到晶體時(shí)，由于晶體是由原子規(guī)則排列成的晶胞組成，這些規(guī)則排列的原子間距離與入射X射線波長(zhǎng)有相同數(shù)量級(jí)，故由不同原子散射的X射線相互干涉，在某些特殊方向上產(chǎn)生強(qiáng)X射線衍射，衍射線在空間分布的方位和強(qiáng)度，與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。這就是X射線衍射的基本原理。衍射線空間方位與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系可用布拉格方程表示：

2dsin??n? 式中d為晶面間距；n為反射級(jí)數(shù)；θ為掠射角；λ為X射線的波長(zhǎng)。布拉格方程是X射線衍射分析的根本依據(jù)。

X 射線衍射(XRD)是所有物質(zhì)，包括從流體、粉末到完整晶體，重要的無(wú)損分析工具。對(duì)材料學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)、環(huán)境、納米材料、生物等領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，X射線衍射儀都是物質(zhì)結(jié)構(gòu)表征，以性能為導(dǎo)向研制與開發(fā)新材料，宏觀表象轉(zhuǎn)移至微觀認(rèn)識(shí),建立新理論和質(zhì)量控制不可缺少的方法。其主要分析對(duì)象包括：物相分析(物相鑒定與定量相分析)。晶體學(xué)（晶粒大小、指標(biāo)化、點(diǎn)參測(cè)定、解結(jié)構(gòu)等）。薄膜分析(薄膜的厚度、密度、表面與界面粗糙度與層序分析，高分辨衍射測(cè)定單晶外延膜結(jié)構(gòu)特征)。織構(gòu)分析、殘余應(yīng)力分析。不同溫度與氣氛條件與壓力下的結(jié)構(gòu)變化的原位動(dòng)態(tài)分析研究。微量樣品和微區(qū)試樣分析。實(shí)驗(yàn)室及過(guò)程自動(dòng)化、組合化學(xué)。納米材料等領(lǐng)域。儀器與試劑

儀器型號(hào)及生產(chǎn)廠家：丹東浩元儀器有限公司DX-2700型衍射儀。測(cè)試條件：管電壓40KV；管電流40mA；X光管為銅靶，波長(zhǎng)1.5417?；步長(zhǎng)0.05°，掃描速度0.4s；掃描范圍為20°～80°。試劑：未知樣品A。4 實(shí)驗(yàn)步驟

1、打開電腦主機(jī)電源。

2、開外圍電源：先上撥墻上的兩個(gè)開關(guān)，再開穩(wěn)壓電源（上撥右邊的開關(guān)，標(biāo)有穩(wěn)壓）。

3、打開XRD衍射儀電源開關(guān)（按下綠色按鈕）。

4、開冷卻水：先上撥左邊電源開關(guān)，再按下RUN按鈕，確認(rèn)流量在20左右方可。

5、開高壓（順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，停留5s，高壓燈亮）。

6、打開XRD控制軟件XRD Commander。

7、防光管老化操作：按照20KV、5mA；25KV、5mA；30KV、5mA；35KV、5mA；40KV、5mA；40KV、40mA程式分次設(shè)置電壓、電流，每次間隔3分鐘。設(shè)置方法：電壓、電流跳到所需值后點(diǎn)set。

8、設(shè)置測(cè)試條件：設(shè)置掃描角度為3°~80°，步長(zhǎng)0.05°，掃描速度0.4s。

9、點(diǎn)擊Start開始測(cè)試。

10、降高壓：將電壓、電流分別降至20KV，5mA后，點(diǎn)擊Set確認(rèn)。

11、關(guān)高壓：逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，高壓燈滅。

12、等待5min，再關(guān)閉冷卻水，先關(guān)RUN，再關(guān)左邊電源。

13、關(guān)閉控制軟件（XRD Commander）。

14、關(guān)XRD衍射儀電源開關(guān)（按下紅色按鈕）。

15、關(guān)電腦。

16、關(guān)外圍電源。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了一種粉末樣品的XRD圖譜并對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行物相檢索，判斷待測(cè)樣品主要成分、晶型及晶胞參數(shù)。粉末樣品的XRD圖譜：

圖2 未編號(hào)粉末樣品X-Ray衍射圖譜 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

數(shù)據(jù)處理：對(duì)圖譜進(jìn)行物相檢索

結(jié)論：經(jīng)過(guò)對(duì)樣品譜圖進(jìn)行物相檢索，發(fā)現(xiàn)該粉末樣品中含有兩種晶相，主相為Sr2CaMoO6,另外一種雜相為SrMoO4.7 思考題

1、簡(jiǎn)述X射線衍射分析的特點(diǎn)和應(yīng)用。

答：X射線衍射儀具有易升級(jí)，操作簡(jiǎn)便和高度智能化的特點(diǎn)，靈活地適應(yīng)地礦、生化、理化等多方面、各行業(yè)的測(cè)試分析與研究任務(wù)。X 射線衍射(XRD)是所有物質(zhì)，包括從流體、粉末到完整晶體，重要的無(wú)損分析工具。對(duì)材料學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)、環(huán)境、納米材料、生物等領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，X射線衍射儀都是物質(zhì)結(jié)構(gòu)表征，以性能為導(dǎo)向研制與開發(fā)新材料，宏觀表象轉(zhuǎn)移至微觀認(rèn)識(shí),建立新理論和質(zhì)量控制不可缺少的方法。其主要分析對(duì)象包括：物相分析(物相鑒定與定量相分析)。晶體學(xué)（晶粒大小、指標(biāo)化、點(diǎn)參測(cè)定、解結(jié)構(gòu)等）。薄膜分析(薄膜的厚度、密度、表面與界面粗糙度與層序分析，高分辨衍射測(cè)定單晶外延膜結(jié)構(gòu)特征)。織構(gòu)分析、殘余應(yīng)力分析。不同溫度與氣氛條件與壓力下的結(jié)構(gòu)變化的原位動(dòng)態(tài)分析研究。微量樣品和微區(qū)試樣分析。實(shí)驗(yàn)室及過(guò)程自動(dòng)化、組合化學(xué)。納米材料等領(lǐng)域。

2、簡(jiǎn)述X射線衍射儀的工作原理。

答：用高能電子束轟擊金屬“靶”材產(chǎn)生X射線，X射線的波長(zhǎng)和晶體內(nèi)部原子面間的距離相近，當(dāng)一束 X射線通過(guò)晶體時(shí)將發(fā)生衍射，衍射波疊加的結(jié)果使射線的強(qiáng)度在某些方向上加強(qiáng)，在其他方向上減弱。當(dāng)X射線以掠角θ(入射角的余角)入射到某一點(diǎn)陣晶格間距為d的晶面上時(shí),在符合布拉格方程的條件下，將在反射方向上得到因疊加而加強(qiáng)的衍射線。當(dāng) X射線波長(zhǎng)λ已知時(shí)(選用固定波長(zhǎng)的特征X射線)，采用細(xì)粉末或細(xì)粒多晶體的線狀樣品,可從一堆任意取向的晶體中，從每一θ角符合布拉格方程條件的反射面得到反射,測(cè)出θ后，利用布拉格方程即可確定點(diǎn)陣晶面間距、晶胞大小和類型。