X射線衍射方法

1、1會計學X射線衍射方法射線衍射方法2牛牛文庫文檔分享3牛牛文庫文檔分享4粉末法原理是以粉末法原理是以單色單色X射線射線照射粉末（多晶體照射粉末（多晶體塊狀試樣），使某些晶粒取向的（塊狀試樣），使某些晶粒取向的（hkl）晶面）晶面滿足布拉格方程滿足布拉格方程2dsin=而產(chǎn)生衍射線，記而產(chǎn)生衍射線，記錄錄衍射角及強度衍射角及強度。牛牛文庫文檔分享5牛牛文庫文檔分享6德拜法衍射幾何德拜法衍射幾何牛牛文庫文檔分享7德拜相機結(jié)構(gòu)德拜相機結(jié)構(gòu)牛牛文庫文檔分享8University of Nottingham, United Kingdom德拜相機結(jié)構(gòu)德拜相機結(jié)構(gòu)牛牛文庫文檔分享9牛牛文庫文檔分享10德拜

2、相機結(jié)構(gòu)德拜相機結(jié)構(gòu)（1）機盒：相機的）機盒：相機的直徑一般有直徑一般有57.3mm和和114.6mm兩種。它使得兩種。它使得底片上的底片上的1mm長度恰好長度恰好對應(yīng)于對應(yīng)于2或或1的圓心角的圓心角。 （2）試樣架）試樣架（3）光闌）光闌：限制入射：限制入射x射線的不平行度，并根據(jù)孔徑的大小調(diào)整入射線的束徑和位置射線的不平行度，并根據(jù)孔徑的大小調(diào)整入射線的束徑和位置（4）承光管：）承光管：監(jiān)視入射監(jiān)視入射x射線的和試樣的相對位置，同時吸收透射的射線的和試樣的相對位置，同時吸收透射的x射線，減弱底片的射線，減弱底片的背景。它的頭部有一塊熒光片和一塊鉛玻璃。背景。它的頭部有一塊熒光片和一塊鉛玻璃

3、。 牛牛文庫文檔分享11德拜法照相參數(shù)設(shè)定牛牛文庫文檔分享12三種不同的底片安裝方法牛牛文庫文檔分享13牛牛文庫文檔分享14牛牛文庫文檔分享15牛牛文庫文檔分享162L牛牛文庫文檔分享17式中式中R為相機半徑。為相機半徑。在背射區(qū)在背射區(qū)，即，即290時，時，2L2L=R =R 4(rad)4(rad) 2LR44（rad)rad)2L12L20 2 90 牛牛文庫文檔分享183 .574360242RRLRL43 .572)90(3 .574360242RRLRL43 .57290入射入射X射線波長射線波長為已知量，在計算出為已知量，在計算出角之后，可利用角之后，可利用2dsin算出每對衍算

4、出每對衍射圓弧所對應(yīng)的反射面的面間距射圓弧所對應(yīng)的反射面的面間距d牛牛文庫文檔分享19(2) (2) 衍射花樣指數(shù)標定衍射花樣指數(shù)標定 牛牛文庫文檔分享20)(4sin222222LKHa : )( : )(:sin:sin2222222121212212LKHLKH去掉常數(shù)項，可寫出數(shù)列為：去掉常數(shù)項，可寫出數(shù)列為：222LKHad可寫出：可寫出：牛牛文庫文檔分享21NLKH222 :sin:sin:sin321322212NNN牛牛文庫文檔分享22 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 16 18 19 20 21 22 24簡單立方體心立方面心立方金剛石立方牛牛文

5、庫文檔分享23衍射線順序號簡單立方體心立方面心立方金剛石立方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牛牛文庫文檔分享24二、找到一個公因數(shù)，乘以數(shù)列中各項，二、找到一個公因數(shù)，乘以數(shù)列中各項，使之成為整數(shù)列，則為立方晶系，使之成為整數(shù)列，則為立方晶系，反之，非立方晶系反之，非立方晶系牛牛文庫文檔分享25牛牛文庫文檔分享26 :16:14:13:12:11:10:9:8:6:5:4:3:2:1:sin:sin2221各衍射峰對應(yīng)的衍射面指數(shù)依次為各衍射峰對應(yīng)的衍射面指數(shù)依次為（100）、（）、（110）、（）、（111）、（）、（200）、）、（210）、）、(21

7、1)、（、（220）、）、 （300）、）、（310）、（）、（311）牛牛文庫文檔分享27 sin2 1:sin2 2 1：2：3：4：5：6：7： 2：4：6：8：10：12：14： 對應(yīng)的衍射面指數(shù)分別為（對應(yīng)的衍射面指數(shù)分別為（110）、）、（200）、（）、（211）、（）、（220）、）、（310）、（）、（222）、（）、（321）牛牛文庫文檔分享28牛牛文庫文檔分享29sin2 1:sin2 2 3：4：8：11：12：16：19： 相應(yīng)的衍射面指數(shù)依次為（相應(yīng)的衍射面指數(shù)依次為（111）、（）、（200）、）、（220）、（）、（311）、（）、（222）、）、（400）、（

8、）、（331）牛牛文庫文檔分享30牛牛文庫文檔分享31牛牛文庫文檔分享32牛牛文庫文檔分享33牛牛文庫文檔分享34牛牛文庫文檔分享35牛牛文庫文檔分享36牛牛文庫文檔分享37試標定衍射線條對應(yīng)晶面指數(shù)，并計算試標定衍射線條對應(yīng)晶面指數(shù)，并計算點陣常數(shù)。點陣常數(shù)。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為立方系晶體為立方系晶體牛牛文庫文檔分享38l 令Sin2i=Ni l 則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牛牛文庫文檔分享39衍射面指數(shù)分別為：衍射面指數(shù)分別為：111、200、220、311、222、400、331、420因為有高角度，故后兩條衍射因為有高角度，故后兩條衍射Ka1和和Ka2分開分開牛牛文庫文檔分享40222lkhad牛牛文庫文檔分享41)(4sin222222lkha222sin2lkha(0.1542/2sin21.89) 0. 358nm3牛牛文庫文檔分享422sin牛牛文庫文檔分享43牛牛文庫文檔分享44德拜法總結(jié)德拜照相法缺點：德拜照相法缺點：用底片記錄衍射信息，用底片記錄衍射信息，分辨率低分辨率低,測量測量衍射線強

10、度和線形精確度差，曝光時衍射線強度和線形精確度差，曝光時間長。間長。 牛牛文庫文檔分享454.3 衍射儀法X X射線衍射儀射線衍射儀：采用采用探測器探測器取代底片記錄信息，探測器取代底片記錄信息，探測器逐個記錄衍射光子，并將其轉(zhuǎn)化為逐個記錄衍射光子，并將其轉(zhuǎn)化為電脈沖得到衍射圖電脈沖得到衍射圖樣樣可以準確地測量可以準確地測量衍射線的線位、強度和線形衍射線的線位、強度和線形牛牛文庫文檔分享464.3 衍射儀法牛牛文庫文檔分享47不同型號的X射線衍射儀牛牛文庫文檔分享48牛牛文庫文檔分享49(1)常用衍射儀主要由常用衍射儀主要由X射線發(fā)生系統(tǒng)、測角及探測射線發(fā)生系統(tǒng)、測角及探測控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系

11、統(tǒng)三大部分組成控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三大部分組成 。X射線衍射儀構(gòu)造示意圖射線衍射儀構(gòu)造示意圖牛牛文庫文檔分享50X 光光管管固固定定（2 2）. .測角儀測角儀X X光管光管樣品臺樣品臺探測器探測器樣品臺樣品臺探測器探測器牛牛文庫文檔分享51測角儀構(gòu)造示意圖（1）樣品臺）樣品臺H：位于測角儀中心，可以繞：位于測角儀中心，可以繞O軸轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動（2）X射線源：由射線源：由x射線管靶射線管靶T上線狀焦點上線狀焦點S發(fā)出發(fā)出在測量時，試樣繞測角儀中心在測量時，試樣繞測角儀中心軸轉(zhuǎn)動，不斷改變?nèi)肷渚€與試樣軸轉(zhuǎn)動，不斷改變?nèi)肷渚€與試樣表面夾角表面夾角，計數(shù)器、沿測角儀，計數(shù)器、沿測角儀圓運動接收各衍射角

12、圓運動接收各衍射角2所對應(yīng)所對應(yīng)的衍射強度的衍射強度A、B狹縫：獲得平行的入射線和衍射線狹縫：獲得平行的入射線和衍射線F：光闌；：光闌；G：計數(shù)管：計數(shù)管 K：刻度盤測角儀構(gòu)造牛牛文庫文檔分享52（3 3）衍射幾何）衍射幾何牛牛文庫文檔分享53（4）衍射儀狹縫系統(tǒng)狹縫設(shè)置的目的是提高衍射儀的狹縫設(shè)置的目的是提高衍射儀的分辨率和靈敏度分辨率和靈敏度，它對衍射線形和峰背比影響也很大它對衍射線形和峰背比影響也很大a b bF F牛牛文庫文檔分享54兩套光路圖兩套光路圖（5 5）晶體單色器：）晶體單色器：消除消除K K輻射輻射及由及由連續(xù)連續(xù)X X射線射線和和熒光熒光X X射線射線產(chǎn)生產(chǎn)生的的背底背底

13、牛牛文庫文檔分享55粉末衍射儀常用計數(shù)器計數(shù)器功能：計數(shù)器功能：將將X X射線光子的能量射線光子的能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成成電脈沖信號電脈沖信號電子光學系統(tǒng)：進一步將計數(shù)器輸出電子光學系統(tǒng)：進一步將計數(shù)器輸出的電脈沖信號轉(zhuǎn)變成可以直接讀取或的電脈沖信號轉(zhuǎn)變成可以直接讀取或記錄的數(shù)值。記錄的數(shù)值。牛牛文庫文檔分享56正比計數(shù)器示意圖正比計數(shù)器示意圖牛牛文庫文檔分享57閃爍計數(shù)器閃爍計數(shù)器：閃爍計數(shù)器：利用利用X X射線激發(fā)射線激發(fā)可見可見熒光熒光，通，通過過光電倍增獲得光電倍增獲得X X射線強度信號射線強度信號牛牛文庫文檔分享58SiSi（LiLi）探測器）探測器牛牛文庫文檔分享59晶體單色器的使用牛牛文

14、庫文檔分享60衍射圖譜的獲取衍射圖譜的獲取牛牛文庫文檔分享61牛牛文庫文檔分享62牛牛文庫文檔分享63牛牛文庫文檔分享643. 3. 掃描方式掃描方式牛牛文庫文檔分享65連續(xù)掃描連續(xù)掃描X射線衍射圖譜射線衍射圖譜牛牛文庫文檔分享66牛牛文庫文檔分享672-T heta67.2 67.4 67.6 67.86868.2 68.4 68.6Intensity50100150200250(c/s)b.b.步進掃描步進掃描 步進掃描又稱步進掃描又稱階梯掃描階梯掃描。步進掃描工作是不連續(xù)的，。步進掃描工作是不連續(xù)的，試樣每轉(zhuǎn)動一定的角度試樣每轉(zhuǎn)動一定的角度即停止，在這期間，探測器等后即停止，在這期間，探

15、測器等后續(xù)設(shè)備開始工作，并以定標器記錄測定在此期間內(nèi)衍射線續(xù)設(shè)備開始工作，并以定標器記錄測定在此期間內(nèi)衍射線的總計數(shù)，然后試樣轉(zhuǎn)動一定角度，重復(fù)測量，輸出結(jié)果的總計數(shù)，然后試樣轉(zhuǎn)動一定角度，重復(fù)測量，輸出結(jié)果。 牛牛文庫文檔分享68牛牛文庫文檔分享69牛牛文庫文檔分享70牛牛文庫文檔分享71)3(222210baba拋物線方程： （2 2 0）2a（I-I0)a為常數(shù)取三個等距的實驗點（2 1，I1），（2 2，I2），（ 2 3，I3）代入方程得：a=I2-I1, b=I2-I3牛牛文庫文檔分享72)2()2(2222dIdI(3)(3)重心法重心法牛牛文庫文檔分享73峰位峰位 面間距面間距

16、d 定性分析定性分析 點陣參數(shù)點陣參數(shù) d漂移漂移 殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力 固溶體分析固溶體分析半高寬半高寬 結(jié)晶性結(jié)晶性 微晶尺寸微晶尺寸 晶格點陣晶格點陣非晶質(zhì)的積分強度非晶質(zhì)的積分強度結(jié)晶質(zhì)的積分強度結(jié)晶質(zhì)的積分強度定量分析定量分析結(jié)晶度角度（角度（22）強度強度判定有無譜峰判定有無譜峰準晶質(zhì)、非晶質(zhì)準晶質(zhì)、非晶質(zhì)樣品方位與強度變化（取向樣品方位與強度變化（取向）集合組織集合組織纖維組織纖維組織極圖極圖牛牛文庫文檔分享74衍射圖形的特點相關(guān)信息衍射線的位置強度定性分析晶體結(jié)構(gòu)衍射線的寬度微晶尺寸結(jié)晶的完整性（原子/晶格的排列）廣高衍射角的強度衰減結(jié)晶性原子的熱震動衍射強度的樣品依存性晶體方位的

17、偏離（織構(gòu)取向）角根據(jù)衍射角度的樣品方向發(fā)生變化 殘余應(yīng)力測試非晶物質(zhì)暈結(jié)晶質(zhì)譜峰強度比結(jié)晶度化非晶物質(zhì)暈的強度分布矢徑分布函數(shù)(非晶質(zhì)的結(jié)構(gòu)解析)周期性譜峰的位置周期結(jié)構(gòu)的層疊周期小 方向性 取向性 闊展 完整性角直射光束的擴展、強度分布粒徑解析鏡面反射性的角度依存性薄膜的密度膜厚粗糙度牛牛文庫文檔分享75牛牛文庫文檔分享76粉末法原理是以粉末法原理是以單色單色X射線射線照射粉末（多晶體照射粉末（多晶體塊狀試樣），使某些晶粒取向的（塊狀試樣），使某些晶粒取向的（hkl）晶面）晶面滿足布拉格方程滿足布拉格方程2dsin=而產(chǎn)生衍射線，記而產(chǎn)生衍射線，記錄錄衍射角及強度衍射角及強度。牛牛文庫文檔分享77牛牛文庫文檔分享78 s