第四講X射線衍射方法

1、x射線衍射分析方法現(xiàn)代材料物理研究方法現(xiàn)代材料物理研究方法 第四講第四講x射線衍射的方法射線衍射的方法 n20世紀(jì)世紀(jì)50年代以前的年代以前的x射線衍射分析，絕大多數(shù)是利用底射線衍射分析，絕大多數(shù)是利用底片來(lái)記錄衍射線的（即照相法）。片來(lái)記錄衍射線的（即照相法）。n近幾十年來(lái)，用各種輻射探測(cè)器（即計(jì)數(shù)器）來(lái)記錄已日近幾十年來(lái)，用各種輻射探測(cè)器（即計(jì)數(shù)器）來(lái)記錄已日趨普遍。目前專用的趨普遍。目前專用的x射線衍射儀已在各個(gè)主要領(lǐng)域中取射線衍射儀已在各個(gè)主要領(lǐng)域中取代了照相法。衍射儀具有方便、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，它是代了照相法。衍射儀具有方便、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，它是近年來(lái)晶體結(jié)構(gòu)分析的主要設(shè)備。近年來(lái)

2、晶體結(jié)構(gòu)分析的主要設(shè)備。n近年來(lái)由于衍射儀與電子計(jì)算機(jī)的結(jié)合，從操作、測(cè)量到近年來(lái)由于衍射儀與電子計(jì)算機(jī)的結(jié)合，從操作、測(cè)量到數(shù)據(jù)處理已大體上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。數(shù)據(jù)處理已大體上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。x射線衍射的實(shí)驗(yàn)方案射線衍射的實(shí)驗(yàn)方案 從產(chǎn)生衍射的條件可以看出，并不是隨便把一個(gè)單晶體置于從產(chǎn)生衍射的條件可以看出，并不是隨便把一個(gè)單晶體置于x射線射線照射下都能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，因?yàn)楦缮媲蛎嫱耆锌赡懿慌c倒易點(diǎn)陣相交。照射下都能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，因?yàn)楦缮媲蛎嫱耆锌赡懿慌c倒易點(diǎn)陣相交。因此，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法時(shí)，一定要保證干涉球面能有充分的機(jī)會(huì)與倒易因此，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法時(shí)，一定要保證干涉球面能有充分的機(jī)會(huì)與倒易點(diǎn)陣相交

3、，才能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。點(diǎn)陣相交，才能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。x射線衍射的實(shí)驗(yàn)方案射線衍射的實(shí)驗(yàn)方案n解決方案：解決方案： 干涉球面掃過(guò)某些倒易陣點(diǎn)，使干涉球永遠(yuǎn)有機(jī)會(huì)與干涉球面掃過(guò)某些倒易陣點(diǎn)，使干涉球永遠(yuǎn)有機(jī)會(huì)與倒易陣點(diǎn)相交產(chǎn)生衍射。必須使干涉球或晶體之一處倒易陣點(diǎn)相交產(chǎn)生衍射。必須使干涉球或晶體之一處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或者相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。符合這樣條件的實(shí)于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或者相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。符合這樣條件的實(shí)驗(yàn)方案有三種。驗(yàn)方案有三種。n用單色（特征）用單色（特征）x射線照射轉(zhuǎn)動(dòng)的單晶體，使干涉球永遠(yuǎn)有射線照射轉(zhuǎn)動(dòng)的單晶體，使干涉球永遠(yuǎn)有機(jī)會(huì)與某些倒易陣點(diǎn)相交機(jī)會(huì)與某些倒易陣點(diǎn)相交轉(zhuǎn)動(dòng)晶體法轉(zhuǎn)動(dòng)晶體法。n用多色（連續(xù)）

4、用多色（連續(xù)）x射線照射固定不動(dòng)的單晶體。由于射線有射線照射固定不動(dòng)的單晶體。由于射線有一定波長(zhǎng)范圍，即有一系列與之相對(duì)應(yīng)的干涉球連續(xù)分布在一定波長(zhǎng)范圍，即有一系列與之相對(duì)應(yīng)的干涉球連續(xù)分布在一定的區(qū)域，凡是落到這個(gè)區(qū)域內(nèi)的倒易陣點(diǎn)都滿足衍射條一定的區(qū)域，凡是落到這個(gè)區(qū)域內(nèi)的倒易陣點(diǎn)都滿足衍射條件。這種情況相當(dāng)于干涉球在一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，從而有機(jī)會(huì)件。這種情況相當(dāng)于干涉球在一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，從而有機(jī)會(huì)與某些倒易陣點(diǎn)相交。這種實(shí)驗(yàn)方法稱為與某些倒易陣點(diǎn)相交。這種實(shí)驗(yàn)方法稱為勞埃法勞埃法。n用單色（特征）用單色（特征）x射線照射多晶體試樣。多晶體中各晶粒的射線照射多晶體試樣。多晶體中各晶粒的取向是任意

5、分布的，因此，固定不動(dòng)的多晶體就其晶粒間的取向是任意分布的，因此，固定不動(dòng)的多晶體就其晶粒間的位相關(guān)系而言，相當(dāng)于單晶體轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。此類方法總稱為位相關(guān)系而言，相當(dāng)于單晶體轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。此類方法總稱為多晶體衍射方法（粉末衍射法）多晶體衍射方法（粉末衍射法）。x射線衍射的方法射線衍射的方法x光入射線光入射線試樣試樣底片底片透射法透射法試樣試樣x光入射線光入射線背射法背射法底片底片干涉球干涉球底片底片勞埃照片上斑點(diǎn)的分布規(guī)律勞埃照片上斑點(diǎn)的分布規(guī)律x光入射線光入射線晶帶結(jié)點(diǎn)面晶帶結(jié)點(diǎn)面晶帶曲線晶帶曲線透射勞埃照片的愛瓦爾德圖解透射勞埃照片的愛瓦爾德圖解干涉球干涉球底片底片勞埃照片上斑點(diǎn)的分布規(guī)律勞埃

6、照片上斑點(diǎn)的分布規(guī)律x光入射線光入射線晶帶結(jié)點(diǎn)面晶帶結(jié)點(diǎn)面晶帶曲線晶帶曲線背射勞埃照片的愛瓦爾德圖解背射勞埃照片的愛瓦爾德圖解勞埃照片上斑點(diǎn)的分布規(guī)律勞埃照片上斑點(diǎn)的分布規(guī)律p 正點(diǎn)陣中屬于同一晶帶的所有晶面，其倒易點(diǎn)陣分布在倒正點(diǎn)陣中屬于同一晶帶的所有晶面，其倒易點(diǎn)陣分布在倒易點(diǎn)陣中一個(gè)過(guò)倒易原點(diǎn)的倒易面上。即倒易點(diǎn)陣中的一易點(diǎn)陣中一個(gè)過(guò)倒易原點(diǎn)的倒易面上。即倒易點(diǎn)陣中的一個(gè)過(guò)原點(diǎn)的倒易面與正點(diǎn)陣中的一個(gè)晶帶相對(duì)應(yīng)。倒易面?zhèn)€過(guò)原點(diǎn)的倒易面與正點(diǎn)陣中的一個(gè)晶帶相對(duì)應(yīng)。倒易面與干涉球相交，交線為圓。與干涉球相交，交線為圓。p 透射法中，與一個(gè)晶帶對(duì)應(yīng)的衍射斑點(diǎn)應(yīng)分布在一個(gè)橢圓透射法中，與一個(gè)晶帶

7、對(duì)應(yīng)的衍射斑點(diǎn)應(yīng)分布在一個(gè)橢圓上，即透射照片上的每個(gè)橢圓都與一個(gè)晶帶的衍射斑相對(duì)上，即透射照片上的每個(gè)橢圓都與一個(gè)晶帶的衍射斑相對(duì)應(yīng)。應(yīng)。p 背射法中，與一個(gè)晶帶對(duì)應(yīng)的勞埃斑點(diǎn)應(yīng)分布在底片的一背射法中，與一個(gè)晶帶對(duì)應(yīng)的勞埃斑點(diǎn)應(yīng)分布在底片的一條雙曲線上，即背射勞埃照片上的每條雙曲線都與一個(gè)晶條雙曲線上，即背射勞埃照片上的每條雙曲線都與一個(gè)晶帶的衍射斑相對(duì)應(yīng)。帶的衍射斑相對(duì)應(yīng)。轉(zhuǎn)晶法轉(zhuǎn)晶法p將單晶體的某個(gè)晶軸和某一重要晶向安放在與入射線相垂將單晶體的某個(gè)晶軸和某一重要晶向安放在與入射線相垂直的位置上，底片呈圓柱形圍在晶體四周，其中心線與晶直的位置上，底片呈圓柱形圍在晶體四周，其中心線與晶體試樣選

8、定的晶軸或晶向一致。實(shí)驗(yàn)時(shí)，晶體繞所選定的體試樣選定的晶軸或晶向一致。實(shí)驗(yàn)時(shí)，晶體繞所選定的晶軸或晶向轉(zhuǎn)動(dòng)。晶軸或晶向轉(zhuǎn)動(dòng)。 在晶體中某一衍射面與入射線的掠射在晶體中某一衍射面與入射線的掠射角符合角符合bragg方程時(shí)，瞬間產(chǎn)生一束衍射線，在底片上形方程時(shí)，瞬間產(chǎn)生一束衍射線，在底片上形成一個(gè)斑點(diǎn)。不可能所有的衍射面都產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。成一個(gè)斑點(diǎn)。不可能所有的衍射面都產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。p主要用于測(cè)量未知晶體結(jié)構(gòu)。由于所用試樣為單晶體，并主要用于測(cè)量未知晶體結(jié)構(gòu)。由于所用試樣為單晶體，并且要知道晶體的晶軸或晶向，這在實(shí)際研究中較難實(shí)現(xiàn)，且要知道晶體的晶軸或晶向，這在實(shí)際研究中較難實(shí)現(xiàn)，所以用的較少。所以

9、用的較少。粉晶法成像原理粉晶法成像原理 反射球反射球倒易球倒易球o*粉末多晶體衍射原理粉末多晶體衍射原理o100110111r*=1/dhkl同族晶面同族晶面hkl一個(gè)倒易球一個(gè)倒易球多晶體衍射花樣的形成多晶體衍射花樣的形成德拜照相法德拜照相法底片底片試樣試樣入射線入射線2德拜相機(jī)示意圖德拜相機(jī)示意圖德拜照相機(jī)德拜照相機(jī)試樣試樣底片底片后光闌后光闌前光闌前光闌入射入射x射線射線熒光屏熒光屏鉛玻璃鉛玻璃光闌的結(jié)構(gòu)和作用光闌的結(jié)構(gòu)和作用前光闌（也稱為準(zhǔn)直管光闌）前光闌（也稱為準(zhǔn)直管光闌）n限制入射線的不平行度和固定入射線的尺寸和位置。由黃銅制成，包限制入射線的不平行度和固定入射線的尺寸和位置。由黃

10、銅制成，包含含兩個(gè)限光孔，出口為第三個(gè)限光孔。前兩個(gè)限光孔直徑一般為兩個(gè)限光孔，出口為第三個(gè)限光孔。前兩個(gè)限光孔直徑一般為0.2-1.2mm，用來(lái)控制入射線的尺寸、位置和平行度；出口限光孔尺寸應(yīng)，用來(lái)控制入射線的尺寸、位置和平行度；出口限光孔尺寸應(yīng)稍大于前兩個(gè)限光孔橫截面積，吸收并防止寄生散射。稍大于前兩個(gè)限光孔橫截面積，吸收并防止寄生散射。n限光孔越細(xì)，衍射線條越細(xì)，質(zhì)量越好，但入射線能量也越少，會(huì)增限光孔越細(xì)，衍射線條越細(xì)，質(zhì)量越好，但入射線能量也越少，會(huì)增加曝光時(shí)間，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇適當(dāng)?shù)南薰饪壮叽?。加曝光時(shí)間，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇適當(dāng)?shù)南薰饪壮叽?。后光闌（承光管）后光闌（承光管）n尾端

11、安裝有鉛玻璃，其前放置一片熒光屏。調(diào)整相機(jī)時(shí)，可以透過(guò)鉛尾端安裝有鉛玻璃，其前放置一片熒光屏。調(diào)整相機(jī)時(shí)，可以透過(guò)鉛玻璃觀察熒光屏顯示出來(lái)的入射線和試樣的相對(duì)位置。同時(shí)，鉛玻璃玻璃觀察熒光屏顯示出來(lái)的入射線和試樣的相對(duì)位置。同時(shí)，鉛玻璃對(duì)對(duì)x射線有強(qiáng)烈的吸收作用，確保安全。射線有強(qiáng)烈的吸收作用，確保安全。注意事項(xiàng)（前后光闌盡量靠近；死區(qū)）注意事項(xiàng)（前后光闌盡量靠近；死區(qū)）德拜相機(jī)直徑的選取德拜相機(jī)直徑的選取德拜相機(jī)直徑一般為德拜相機(jī)直徑一般為57.3mm和和114.6mmnd= 57.3mm時(shí)，其周長(zhǎng)時(shí)，其周長(zhǎng)d=180mm，因?yàn)閳A心角為，因?yàn)閳A心角為360，所以底片上每所以底片上每1mm長(zhǎng)度

12、對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)2圓心角；圓心角；nd= 114.6mm時(shí)，其周長(zhǎng)時(shí)，其周長(zhǎng)d=360mm，所以底片上每，所以底片上每1mm長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)1圓心角；圓心角；n可使衍射花樣的計(jì)算簡(jiǎn)化?？墒寡苌浠拥挠?jì)算簡(jiǎn)化。試樣制備及要求試樣制備及要求對(duì)試樣的要求：對(duì)試樣的要求：n圓柱形的粉末物質(zhì)粘合體或者多晶體細(xì)絲圓柱形的粉末物質(zhì)粘合體或者多晶體細(xì)絲n直徑小于直徑小于0.5mm、長(zhǎng)約、長(zhǎng)約10mm獲得金屬及合金粉末的方法：獲得金屬及合金粉末的方法：n對(duì)非脆性樣品將其挫成粉末對(duì)非脆性樣品將其挫成粉末n對(duì)脆性樣品可先將其打碎，然后碾磨成粉末對(duì)脆性樣品可先將其打碎，然后碾磨成粉末注意事項(xiàng)注意事項(xiàng): 粉末粉末顆粒大于顆

13、粒大于10m，衍射線不連續(xù)；小于，衍射線不連續(xù)；小于100nm時(shí)，衍射線變寬，不時(shí)，衍射線變寬，不利于分析工作。篩選兩相以上合金粉末時(shí)必須讓所有粉末通過(guò)篩選，保證組利于分析工作。篩選兩相以上合金粉末時(shí)必須讓所有粉末通過(guò)篩選，保證組分的一致性。用機(jī)械方法得到的粉末具有很大內(nèi)應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致衍射線寬化，分的一致性。用機(jī)械方法得到的粉末具有很大內(nèi)應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致衍射線寬化，應(yīng)在真空或保護(hù)性氣氛中退火消除內(nèi)應(yīng)力。對(duì)合金中微量相進(jìn)行分析時(shí)，要應(yīng)在真空或保護(hù)性氣氛中退火消除內(nèi)應(yīng)力。對(duì)合金中微量相進(jìn)行分析時(shí)，要用電解萃取方法單獨(dú)分離出微量相，經(jīng)過(guò)清洗和真空干燥后作為試樣使用。用電解萃取方法單獨(dú)分離出微量相，經(jīng)過(guò)清洗

14、和真空干燥后作為試樣使用。試樣制備及要求試樣制備及要求制備圓柱形試樣的方法：制備圓柱形試樣的方法：用很細(xì)的玻璃絲（硼酸鋰鈹）上涂一薄層膠水等粘接劑，然后在粉用很細(xì)的玻璃絲（硼酸鋰鈹）上涂一薄層膠水等粘接劑，然后在粉末中滾動(dòng)，做成粗細(xì)均勻的圓柱試樣；末中滾動(dòng)，做成粗細(xì)均勻的圓柱試樣；將粉末填充在硼酸鋰鈹玻璃、醋酸纖維（或硝酸纖維）或石英等制將粉末填充在硼酸鋰鈹玻璃、醋酸纖維（或硝酸纖維）或石英等制成的毛細(xì)管中，得到所需尺寸的試樣。其中石英毛細(xì)管可用于高溫成的毛細(xì)管中，得到所需尺寸的試樣。其中石英毛細(xì)管可用于高溫照相；照相；將粉末用膠水調(diào)好填入金屬毛細(xì)管中，然后用金屬絲將粉末推出將粉末用膠水調(diào)好填

15、入金屬毛細(xì)管中，然后用金屬絲將粉末推出2-3mm長(zhǎng)作為試樣，余下部分連同金屬毛細(xì)管一起作為支撐柱，便長(zhǎng)作為試樣，余下部分連同金屬毛細(xì)管一起作為支撐柱，便于往試樣臺(tái)上安裝；于往試樣臺(tái)上安裝；金屬絲可以直接用來(lái)做試樣。但由于拉絲時(shí)產(chǎn)生擇優(yōu)取向，因此衍金屬絲可以直接用來(lái)做試樣。但由于拉絲時(shí)產(chǎn)生擇優(yōu)取向，因此衍射線往往不連續(xù)。射線往往不連續(xù)。底片安裝方式底片安裝方式入射線入射線底片底片試樣試樣ss22ws前反射前反射背反射背反射背反射背反射s背反射背反射前反射前反射前反射前反射skw前反射前反射背反射背反射正裝法正裝法倒裝法倒裝法不對(duì)稱裝法不對(duì)稱裝法各種安裝方式衍射花樣的計(jì)算各種安裝方式衍射花樣的計(jì)算

16、n正裝法正裝法底片中部開孔讓后光闌穿過(guò)，開口處在前光闌兩側(cè)。衍射花樣由一底片中部開孔讓后光闌穿過(guò)，開口處在前光闌兩側(cè)。衍射花樣由一系列弧段構(gòu)成：系列弧段構(gòu)成： 290， 后反射衍射線后反射衍射線測(cè)量同一衍射環(huán)的兩弧段間距離測(cè)量同一衍射環(huán)的兩弧段間距離s，可計(jì)算其衍射角。若相機(jī)半徑，可計(jì)算其衍射角。若相機(jī)半徑r，則：則：=s/4r （弧度）（弧度）以度為單位：以度為單位： =s/4r180/=s/(4r) 57.3因此，因此，2r=57.3mm時(shí)，時(shí)， =s/2 2r=114.6mm時(shí)，時(shí)，=s/4各種安裝方式衍射花樣的計(jì)算各種安裝方式衍射花樣的計(jì)算n倒裝法倒裝法底片開口在后光闌兩側(cè)，顯然，底片

17、中部為背反射衍射線，底片開口在后光闌兩側(cè)，顯然，底片中部為背反射衍射線，兩端為前反射衍射線。兩端為前反射衍射線。衍射角按下式計(jì)算：衍射角按下式計(jì)算：2-4=s/r =/2-s/4r（弧度）（弧度）以度為單位，以度為單位，2r=57.3mm時(shí)時(shí)： =90-s/2各種安裝方式衍射花樣的計(jì)算各種安裝方式衍射花樣的計(jì)算n不對(duì)稱裝法不對(duì)稱裝法可以消除底片收縮和相機(jī)半徑誤差?？梢韵灼湛s和相機(jī)半徑誤差。底片開兩孔，分別被前、后光闌穿過(guò)，底片開口置于相機(jī)底片開兩孔，分別被前、后光闌穿過(guò)，底片開口置于相機(jī)一側(cè)。不難一側(cè)。不難看出，由前后反射弧對(duì)中心點(diǎn)的位置可求出底看出，由前后反射弧對(duì)中心點(diǎn)的位置可求出底片

18、上對(duì)應(yīng)片上對(duì)應(yīng)180圓心角的實(shí)際長(zhǎng)度圓心角的實(shí)際長(zhǎng)度w，于是可用，于是可用下式計(jì)算衍下式計(jì)算衍射角：射角： 4/s=180/w （前反射）（前反射）（360-4）/s=180/w （后反射）（后反射）德拜相機(jī)的分辨本領(lǐng)德拜相機(jī)的分辨本領(lǐng)n照相機(jī)的分辨本領(lǐng)是指衍射花樣中兩條相鄰衍射線條分離照相機(jī)的分辨本領(lǐng)是指衍射花樣中兩條相鄰衍射線條分離程度的定量表征。表示晶面間距變化時(shí)引起的衍射線條位程度的定量表征。表示晶面間距變化時(shí)引起的衍射線條位置相對(duì)改變的靈敏程度。置相對(duì)改變的靈敏程度。n德拜相機(jī)的分辨本領(lǐng)德拜相機(jī)的分辨本領(lǐng)可以表示為：可以表示為： =s/(d/d) 將布拉格方程改寫為：將布拉格方程改寫

19、為：sin=n/(2d)，微分得：微分得：cos= - n/(2d2) d= -sin d /d 或者或者: d /d= -cot 對(duì)正裝法對(duì)正裝法: s=4r , 故：故： s=4r 所以：所以： =s/(d/d)= -4r tan德拜相機(jī)的分辨本領(lǐng)德拜相機(jī)的分辨本領(lǐng)n將上式與波長(zhǎng)聯(lián)系：將上式與波長(zhǎng)聯(lián)系：= -4r sin/(1-sin2 )1/2= -4r n/4d2- (n) 21/2n從上式可以看出，相機(jī)分辨本領(lǐng)與以下因素有關(guān)：從上式可以看出，相機(jī)分辨本領(lǐng)與以下因素有關(guān)：相機(jī)半徑越大，分辨本領(lǐng)越高。大直徑相機(jī)有優(yōu)勢(shì)，相機(jī)半徑越大，分辨本領(lǐng)越高。大直徑相機(jī)有優(yōu)勢(shì)，但會(huì)增加曝光時(shí)間和空氣散

20、射引起的衍射背景；但會(huì)增加曝光時(shí)間和空氣散射引起的衍射背景；角越大，分辨本領(lǐng)越高。衍射花樣中高角度線條的角越大，分辨本領(lǐng)越高。衍射花樣中高角度線條的k1 和和k2 雙線可以明顯分開；雙線可以明顯分開；x射線波長(zhǎng)越大，分辨本領(lǐng)越高；射線波長(zhǎng)越大，分辨本領(lǐng)越高；面間距越大，分辨本領(lǐng)越低。分析大晶胞試樣時(shí)，應(yīng)面間距越大，分辨本領(lǐng)越低。分析大晶胞試樣時(shí)，應(yīng)盡量采用長(zhǎng)波長(zhǎng)盡量采用長(zhǎng)波長(zhǎng)x射線源，以便抵償由于晶胞過(guò)大對(duì)射線源，以便抵償由于晶胞過(guò)大對(duì)分辨本領(lǐng)的不良影響。分辨本領(lǐng)的不良影響。德拜照相法總結(jié)德拜照相法總結(jié) 德拜法記錄的衍射角范圍大，衍射環(huán)的形貌能直觀地反德拜法記錄的衍射角范圍大，衍射環(huán)的形貌能直

21、觀地反映晶體內(nèi)部組織的一些特點(diǎn)（如亞晶尺寸、微觀應(yīng)力、擇映晶體內(nèi)部組織的一些特點(diǎn)（如亞晶尺寸、微觀應(yīng)力、擇優(yōu)取向等），衍射線的誤差分析簡(jiǎn)單且容易消除，可以達(dá)優(yōu)取向等），衍射線的誤差分析簡(jiǎn)單且容易消除，可以達(dá)到相當(dāng)高的測(cè)量精度；其缺點(diǎn)是衍射強(qiáng)度低，需要較長(zhǎng)的到相當(dāng)高的測(cè)量精度；其缺點(diǎn)是衍射強(qiáng)度低，需要較長(zhǎng)的曝光時(shí)間。曝光時(shí)間。衍射儀法衍射儀法n衍射儀法是利用衍射儀測(cè)量和記錄試樣衍射儀法是利用衍射儀測(cè)量和記錄試樣x光衍射線的方法。光衍射線的方法。nx射線衍射儀是按照晶體對(duì)射線衍射儀是按照晶體對(duì)x射線衍射的幾何原理設(shè)計(jì)制造。射線衍射的幾何原理設(shè)計(jì)制造。測(cè)試過(guò)程中，由測(cè)試過(guò)程中，由x射線管發(fā)射出的射線

22、管發(fā)射出的x射線照射到試樣上產(chǎn)生射線照射到試樣上產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，由輻射探測(cè)器接收衍射線的衍射現(xiàn)象，由輻射探測(cè)器接收衍射線的x射線光子，經(jīng)測(cè)量射線光子，經(jīng)測(cè)量電路放大處理后在顯示或者記錄裝置上給出精確的衍射線電路放大處理后在顯示或者記錄裝置上給出精確的衍射線位置、強(qiáng)度和線形等衍射信息。位置、強(qiáng)度和線形等衍射信息。x射線衍射儀的發(fā)展射線衍射儀的發(fā)展n1912年布拉格最先使用電離室探測(cè)年布拉格最先使用電離室探測(cè)x射線衍射信息；射線衍射信息；n1913年布拉格測(cè)定年布拉格測(cè)定nacl等晶體結(jié)構(gòu)的等晶體結(jié)構(gòu)的x射線分光計(jì)（雛形）射線分光計(jì)（雛形）n1943年弗里德曼設(shè)計(jì)了最初的近代年弗里德曼設(shè)計(jì)了最初的近

23、代x射線衍射儀；射線衍射儀；n二十世紀(jì)五十年代二十世紀(jì)五十年代x射線衍射儀得到了普及應(yīng)用，射線衍射儀得到了普及應(yīng)用，1952年國(guó)年國(guó)際結(jié)晶學(xué)協(xié)會(huì)設(shè)備委員會(huì)正式命名為際結(jié)晶學(xué)協(xié)會(huì)設(shè)備委員會(huì)正式命名為x射線衍射儀；射線衍射儀；n隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，促使現(xiàn)代電子學(xué)、集成電路和電子計(jì)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，促使現(xiàn)代電子學(xué)、集成電路和電子計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)一步與算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)一步與x射線衍射技術(shù)結(jié)合，使射線衍射技術(shù)結(jié)合，使x射線衍射線衍射儀向射儀向強(qiáng)光源、高穩(wěn)定、高分辨、多功能和全自動(dòng)強(qiáng)光源、高穩(wěn)定、高分辨、多功能和全自動(dòng)的聯(lián)合組的聯(lián)合組機(jī)方向發(fā)展，可以自動(dòng)地給出大多數(shù)衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果。機(jī)方向發(fā)展，可以自動(dòng)地

24、給出大多數(shù)衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果。x射線衍射儀的基本組成射線衍射儀的基本組成多晶衍射儀的組成多晶衍射儀的組成 n當(dāng)然少不了當(dāng)然少不了x射線的發(fā)生裝置射線的發(fā)生裝置-x光管光管； n為了使為了使x射線照射到被測(cè)樣品上需要有一個(gè)射線照射到被測(cè)樣品上需要有一個(gè)樣品樣品臺(tái)臺(tái)； n為了接受由樣品表面產(chǎn)生的衍射線需要有一個(gè)為了接受由樣品表面產(chǎn)生的衍射線需要有一個(gè)射射線探測(cè)器線探測(cè)器，而且這個(gè)探測(cè)器應(yīng)當(dāng)安放在適當(dāng)?shù)慕?，而且這個(gè)探測(cè)器應(yīng)當(dāng)安放在適當(dāng)?shù)慕嵌壬?，度上，測(cè)角儀測(cè)角儀 n檢測(cè)系統(tǒng)，正比計(jì)數(shù)器檢測(cè)系統(tǒng)，正比計(jì)數(shù)器等等測(cè)角儀構(gòu)造示意圖測(cè)角儀構(gòu)造示意圖逆時(shí)針逆時(shí)針方向：方向：100順時(shí)針方向：順時(shí)針方向：165絕對(duì)精

25、度：絕對(duì)精度： 0.01 測(cè)角儀的光學(xué)布置測(cè)角儀的光學(xué)布置索拉狹縫索拉狹縫限制射線垂直方向發(fā)散度限制射線垂直方向發(fā)散度發(fā)散狹縫發(fā)散狹縫限制水平發(fā)散度限制水平發(fā)散度防散射狹縫防散射狹縫接收狹縫接收狹縫探測(cè)器探測(cè)器n正比計(jì)數(shù)器正比計(jì)數(shù)器n閃爍計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器n位敏正比計(jì)數(shù)器位敏正比計(jì)數(shù)器n新型探測(cè)器新型探測(cè)器正比計(jì)數(shù)器正比計(jì)數(shù)器r2r1金屬絲（陽(yáng)極）金屬絲（陽(yáng)極）至高壓電源至高壓電源至前置放大器至前置放大器鈹窗口鈹窗口入射線入射線金屬筒（陰極）金屬筒（陰極）惰性氣體惰性氣體1010甲烷或甲烷或1 1氯氣氯氣6006001000v1000v反應(yīng)速度快，馳豫時(shí)間短，反應(yīng)速度快，馳豫時(shí)間短，10106

26、6/s(10/s(106 6cps)cps)閃爍計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器少量鉈活化的碘化鈉少量鉈活化的碘化鈉伏特級(jí)，伏特級(jí)，10105 5cpscps固有電子發(fā)射固有電子發(fā)射位敏正比計(jì)數(shù)器位敏正比計(jì)數(shù)器n一般使用絲狀位敏計(jì)數(shù)器。它是在一般正比計(jì)數(shù)器中心軸上安裝一根一般使用絲狀位敏計(jì)數(shù)器。它是在一般正比計(jì)數(shù)器中心軸上安裝一根細(xì)長(zhǎng)的高電阻絲制成的。因?yàn)檎扔?jì)數(shù)器接收細(xì)長(zhǎng)的高電阻絲制成的。因?yàn)檎扔?jì)數(shù)器接收x射線光子時(shí)，只在其射線光子時(shí)，只在其接收位置產(chǎn)生局部電子雪崩效應(yīng)，所形成的電脈沖向計(jì)數(shù)器兩端輸出，接收位置產(chǎn)生局部電子雪崩效應(yīng)，所形成的電脈沖向計(jì)數(shù)器兩端輸出，不同位置產(chǎn)生的脈沖與兩端距離不等，因此不同

27、脈沖之間產(chǎn)生一定的不同位置產(chǎn)生的脈沖與兩端距離不等，因此不同脈沖之間產(chǎn)生一定的時(shí)間差。這個(gè)時(shí)間差使正比計(jì)數(shù)器在芯線方向具有位置分辨能力。利時(shí)間差。這個(gè)時(shí)間差使正比計(jì)數(shù)器在芯線方向具有位置分辨能力。利用一套相應(yīng)的電子測(cè)量系統(tǒng)可以同時(shí)記錄下輸入的用一套相應(yīng)的電子測(cè)量系統(tǒng)可以同時(shí)記錄下輸入的x射線光子數(shù)目和射線光子數(shù)目和能量以及它們?cè)谟?jì)數(shù)器被吸收的位置。能量以及它們?cè)谟?jì)數(shù)器被吸收的位置。n50mm芯絲能同時(shí)測(cè)量芯絲能同時(shí)測(cè)量12范圍。范圍。n適用于高速記錄衍射花樣，測(cè)量瞬時(shí)變化的研究對(duì)象（如相變），測(cè)適用于高速記錄衍射花樣，測(cè)量瞬時(shí)變化的研究對(duì)象（如相變），測(cè)量那些易于隨時(shí)間而變得不穩(wěn)定的試樣和容易

28、受量那些易于隨時(shí)間而變得不穩(wěn)定的試樣和容易受x射線照射損傷的試射線照射損傷的試樣，測(cè)量那些微量試樣和強(qiáng)度弱的衍射信息（如漫散射）。樣，測(cè)量那些微量試樣和強(qiáng)度弱的衍射信息（如漫散射）。新型探測(cè)器新型探測(cè)器si（li）探測(cè)器）探測(cè)器u最早出現(xiàn)的半導(dǎo)體探測(cè)器。一般需要液氮制冷（不工作也最早出現(xiàn)的半導(dǎo)體探測(cè)器。一般需要液氮制冷（不工作也需要），體積大，應(yīng)用不方便。需要），體積大，應(yīng)用不方便。u近年來(lái)出現(xiàn)了電制冷近年來(lái)出現(xiàn)了電制冷si（li）探測(cè)器，仍需制冷到）探測(cè)器，仍需制冷到-90，并且運(yùn)輸時(shí)也要維持離子真空泵的工作，使用不便。并且運(yùn)輸時(shí)也要維持離子真空泵的工作，使用不便。u一般能量分辨可達(dá)一般能量

29、分辨可達(dá)150ev150ev，可工作的計(jì)數(shù)率一般為幾千，可工作的計(jì)數(shù)率一般為幾千cpscps。新型探測(cè)器新型探測(cè)器si pin 探測(cè)器探測(cè)器u發(fā)射到火星上的探測(cè)器。發(fā)射到火星上的探測(cè)器。u電制冷，體積小重量輕，只需要冷卻到電制冷，體積小重量輕，只需要冷卻到-20。u分辨率仍較差，一般能量分辨可達(dá)分辨率仍較差，一般能量分辨可達(dá)250ev250ev，最新的可到，最新的可到158ev158ev。u對(duì)輕元素分辨率較差，一般可用在對(duì)輕元素分辨率較差，一般可用在alal及以后的元素探測(cè)。及以后的元素探測(cè)。新型探測(cè)器新型探測(cè)器sdd 探測(cè)器探測(cè)器u硅漂移探測(cè)器（硅漂移探測(cè)器（sillicon drift d

30、etector），最近十年出現(xiàn)），最近十年出現(xiàn)的新型半導(dǎo)體探測(cè)器，首先為空間科學(xué)開發(fā)的。的新型半導(dǎo)體探測(cè)器，首先為空間科學(xué)開發(fā)的。u電制冷，只需要冷卻到電制冷，只需要冷卻到-10，常溫下也可工作，但分辨，常溫下也可工作，但分辨率較差。率較差。u一般能量分辨優(yōu)于一般能量分辨優(yōu)于200ev200ev，最新的可到，最新的可到127ev127ev。u高計(jì)數(shù)率，一般可工作在高計(jì)數(shù)率，一般可工作在100000-200000cps100000-200000cps計(jì)數(shù)率下，為計(jì)數(shù)率下，為縮短測(cè)量時(shí)間及提高測(cè)量精度提供了保證?？s短測(cè)量時(shí)間及提高測(cè)量精度提供了保證。新型探測(cè)器新型探測(cè)器ccd 探測(cè)器探測(cè)器u受空間科學(xué)、軟受空間科學(xué)、軟x射線及射線及x射線偏振的刺激而發(fā)展，適于射線偏振的刺激而發(fā)展，適于檢測(cè)軟檢測(cè)軟x射線，易于制成多位元陣列。射線，易于制成多位元陣列。uccd的二維檢測(cè)技術(shù)可檢測(cè)單個(gè)的二維檢測(cè)技術(shù)可檢測(cè)單個(gè)x射線光子產(chǎn)生的電荷云射線光子產(chǎn)生的電荷云的形狀，以極佳的分辨率直接定量觀測(cè)的形狀，以極佳的分辨率直接定量觀測(cè)x