X射線衍射課件(XRD)

X射線衍射(XRD)趙薈菁（ZHAOHuijing）X射線衍射(XRD)趙薈菁1主要內(nèi)容一、X射線及其產(chǎn)生原理二、X射線在晶體中的衍射三、X射線實(shí)驗(yàn)方法四、X射線衍射譜線分析五、X射線衍射的應(yīng)用六、小角X射線散射主要內(nèi)容一、X射線及其產(chǎn)生原理2一、X射線及其產(chǎn)生原理1.什么是X射線？1895年由德國學(xué)者倫琴發(fā)現(xiàn)，由于該射線的性質(zhì)長久不明，故稱X射線，后來也稱為倫琴射線；顯示波粒二象性，與可見光本質(zhì)相同，都會產(chǎn)生干涉、衍射、吸收和光電效應(yīng)等現(xiàn)象；能透過可見光不可透過的物體；沿直線進(jìn)行，在電場與磁場中并不偏轉(zhuǎn)，在通過物體時不發(fā)生反射、折射現(xiàn)象，通過普通光柵不引起衍射。一、X射線及其產(chǎn)生原理1.什么是X射線？1895年由德國學(xué)32.X射線的波長范圍X射線是一種波長很短的電磁波，為10-2?

~102?；其短波段與γ射線長波段相重疊，其長波段則與真空紫外的短波段相重疊。

2.X射線的波長范圍一、X射線及其產(chǎn)生原理2.X射線的波長范圍X射線是一種波長很短的電磁波，為10-4X射線除了波動性質(zhì)之外，還呈現(xiàn)為不連續(xù)的“量子流”；量子能量（?）用下列公式表示：

?=hv=h·c/λ3.X射線的能量h-普朗克常數(shù)；v-射線的頻率c-光速；λ-波長一、X射線及其產(chǎn)生原理X射線除了波動性質(zhì)之外，還呈現(xiàn)為不連續(xù)的“量子流”；3.X54.X射線的產(chǎn)生

使快速移動的電子驟然停止其運(yùn)動，則電子的動能一部分可轉(zhuǎn)變?yōu)閄光能。一、X射線及其產(chǎn)生原理4.X射線的產(chǎn)生使快速移動的電子驟然停止其6玻璃金屬聚燈罩鈹窗口金屬靶電子X射線X射線X射線管剖面示意圖過程演示過程演示玻璃金屬聚燈罩鈹窗口金屬靶電子X射線X射線X射線管剖面示意圖75.X射線光譜的種類連續(xù)X射線光譜

大量快速移動的電子在靶面突然停止，其到達(dá)靶面的時間和條件不會相同，并且有些電子要經(jīng)過多次碰撞，能量逐步損失，電子的動能轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線能量也有多有少。因此，由此產(chǎn)生的X射線譜是連續(xù)的。特征X射線光譜由陰極飛馳來的電子，把原子的內(nèi)層電子打到外層或者原子外面，從而在原子的內(nèi)電子層留有缺席的位置。此時原子處于不穩(wěn)定的激發(fā)狀態(tài)，隨后便有較高能級上的電子向低能級上的空位躍遷，填補(bǔ)空位，以使位能下降。電子從高能級向低能級的這種躍遷將以光子的形式輻射出特征X射線譜。一、X射線及其產(chǎn)生原理連續(xù)X射線：特征X射線：5.X射線光譜的種類連續(xù)X射線光譜一、X射線及其產(chǎn)生原理連8一、X射線及其產(chǎn)生原理特征X射線產(chǎn)生原理圖一、X射線及其產(chǎn)生原理特征X射線產(chǎn)生原理圖9一、X射線及其產(chǎn)生原理6.特征X射線外層電子躍遷到K層釋放的能量最多，因此整個K系X射線波長最短。K線系包括Kα和Kβ線，Kβ線強(qiáng)度較低，因此結(jié)構(gòu)分析中采用Kα線陽極材料一般采用銅靶，Cu

Kα線的波長為1.542

?K系激發(fā)電壓與工作電壓，對于Cu靶，分別是9kV和50kV強(qiáng)度比：一、X射線及其產(chǎn)生原理6.特征X射線外層電子躍遷到K層釋放10一、X射線及其產(chǎn)生原理二、X射線在晶體中的衍射三、X射線實(shí)驗(yàn)方法四、X射線衍射譜線分析五、X射線衍射的應(yīng)用六、小角X射線散射主要內(nèi)容一、X射線及其產(chǎn)生原理主要內(nèi)容11X射線光譜法屬于微區(qū)分析，研究從單原子層到幾微米的材料表面X射線熒光法(X-rayfluorescenceanalysis,XRF)X射線吸收法(X-rayabsorptionanalysis,XPA)X射線衍射法(X-raydiffractionanalysis,XRD)晶體結(jié)構(gòu)元素分析二、X射線在晶體中的衍射X射線光譜法晶體結(jié)構(gòu)元素分析二、X射線在晶體中的衍射121空間點(diǎn)陣和晶胞二、X射線在晶體中的衍射晶體學(xué)基本知識晶體是由原子或原子團(tuán)在三維空間中周期性重復(fù)排列組成的固體。作為基本單元的原子或原子團(tuán)叫結(jié)構(gòu)基元，簡稱基元。為反映晶體中原子排列的周期性，以一個點(diǎn)代表一個基元，這個點(diǎn)就叫陣點(diǎn)，陣點(diǎn)在三維空間的周期性分布形成無限的陣列，稱為點(diǎn)陣。具有代表性的基本單元（最小平行六面體）作為點(diǎn)陣的組成單元，稱為晶胞。將晶胞作三維的重復(fù)堆砌就構(gòu)成了空間點(diǎn)陣。1空間點(diǎn)陣和晶胞二、X射線在晶體中的衍射晶體學(xué)基本知識晶體13直線點(diǎn)陣——分布在同一直線上的點(diǎn)陣平面點(diǎn)陣——分布在同一平面上的點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣——分布在三維空間的點(diǎn)陣二、X射線在晶體中的衍射1空間點(diǎn)陣和晶胞晶胞晶體學(xué)基本知識二、X射線在晶體中的衍射晶體結(jié)構(gòu)=空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)單元+直線點(diǎn)陣——分布在同一直線上的點(diǎn)陣二、X射線在晶體中的衍射1141空間點(diǎn)陣和晶胞二、X射線在晶體中的衍射晶體學(xué)基本知識晶胞：按照晶體結(jié)構(gòu)的周期性劃分得到的平行六面體，晶體三維空間中具有周期性排列的最小單位（基本重復(fù)單元）。晶胞參數(shù)(6個)：平行六面體的三邊（晶軸）的長度：a、b、c

平行六面體的三邊的夾角：α、β、γ1空間點(diǎn)陣和晶胞二、X射線在晶體中的衍射晶體學(xué)基本知識晶胞15二、X射線在晶體中的衍射2七大晶系布拉格點(diǎn)陣(14個)P——簡單點(diǎn)陣I——體心點(diǎn)陣F——面心點(diǎn)陣C——底心點(diǎn)陣二、X射線在晶體中的衍射2七大晶系布拉格點(diǎn)陣(14個)16

晶面：結(jié)晶格子內(nèi)所有的點(diǎn)全部集中在互相平行的等間距的平面上，這些平面稱為晶面。

晶面指數(shù)（密勒指數(shù)，Miller):標(biāo)記同一晶體內(nèi)不同方向的晶面。二、X射線在晶體中的衍射3晶面指數(shù)和晶面間距二、X射線在晶體中的衍射3.1晶面指數(shù)晶面：結(jié)晶格子內(nèi)所有的點(diǎn)全部集中在互相平17二、X射線在晶體中的衍射3.1晶面指數(shù)晶面指數(shù)的確定方法：1)在點(diǎn)陣中設(shè)定參考坐標(biāo)系；

2)在一組互相平行的晶面中任選一個晶面，量出它在三個坐標(biāo)軸上的截矩并用點(diǎn)陣的三個單位向量a,b,c來度量（若該晶面與某軸平行，則在此軸上截距為無窮大；若該晶面與某軸負(fù)方向相截，則在此軸上截距為一負(fù)值）；

3)取各截距的倒數(shù)；

4)將三個倒數(shù)分別乘以分母的最小公倍數(shù)，把它們化為三個簡單整數(shù)，并用圓括號括起，即為該組平行晶面的晶面指數(shù)。當(dāng)泛指某一晶面指數(shù)時，一般用（hkl）代表。二、X射線在晶體中的衍射3.1晶面指數(shù)晶面指數(shù)的確定方法：18二、X射線在晶體中的衍射3.1晶面指數(shù)二、X射線在晶體中的衍射3.1晶面指數(shù)19XZY習(xí)題：確定晶面指數(shù)二、X射線在晶體中的衍射3.1晶面指數(shù)AGDFBEDGCEDFACEGABCAHCXZY習(xí)題：確定晶面指數(shù)二、X射線在晶體中的衍射3.1晶面20二、X射線在晶體中的衍射3.2晶面間距d(hkl）是指某一晶面(hkl)規(guī)定的平面族中兩個相鄰晶面之間的垂直距離；由晶面指數(shù)求得；晶面間距愈大，該晶面上的原子排列愈密集；晶面間距愈小，該晶面上的原子排列愈稀疏。二、X射線在晶體中的衍射3.2晶面間距d(hkl）是指某一21二、X射線在晶體中的衍射X射線照射深度10~30μmX射線與物質(zhì)的相互作用相干散射：X射線射入物質(zhì)時，在其電磁場的作用下，原子里面被束縛得較緊的電子將發(fā)生振動，且振動頻率與所射入X射線的電磁場的振動頻率相等，這些散射可以互相干涉加強(qiáng)，稱為相干散射。它是X射線在晶體中產(chǎn)生衍射的基礎(chǔ)。不相干散射（康普頓散射）：當(dāng)X射線作用到物質(zhì)原子外圍聯(lián)系松懈的電子或自由電子時，會將它們沖撞到另一方向（這些因獲得一定能量而彈開的電子為反沖電子），同時X射線量子本身也因此而降低能量，這些剩下來的能量較小、頻率較低的量子，也就是波長增加了的散射為不相干散射。熒光X射線：當(dāng)X射線量子的能量足夠大時，可以將物質(zhì)原子中的內(nèi)層電子撞擊使原子處于受激狀態(tài)，從而產(chǎn)生熒光X射線（次級X射線）熱、穿透X射線二、X射線在晶體中的衍射X射線照射深度10~30μmX射線22二、X射線在晶體中的衍射4晶體對X射線的衍射衍射的本質(zhì):晶體中各原子相干散射波疊加（合成）的結(jié)果。射入晶體的X射線（原始X射線），引起了晶體中原子之電子的振動，振動著的電子因而發(fā)出X射線。每個原子作為一個新的X射線光源向四周放射X射線，是為次生X射線，其強(qiáng)度小。晶體中周期重復(fù)的原子所產(chǎn)生的X射線發(fā)生干涉現(xiàn)象。次生X射線互相疊加或抵消。二、X射線在晶體中的衍射4晶體對X射線的衍射衍射的本質(zhì):晶23二、X射線在晶體中的衍射晶體中產(chǎn)生衍射的條件：不同光源射出的光線之間的行程差等于波長的整數(shù)倍時。d為晶面間距=AO+OB=nln為整數(shù)充分？必要？Or充要條件？二、X射線在晶體中的衍射晶體中產(chǎn)生衍射的條件：不同光源射出的24二、X射線在晶體中的衍射定義：晶體衍射方向是指晶體在入射X射線照射下產(chǎn)生的衍射線偏離入射線的角度。影響因素：數(shù)目很大的原子在三維空間里呈點(diǎn)陣形式排列成晶體時，由于散射波之間的互相干涉，所以只有在某些方向上才產(chǎn)生衍射。衍射方向取決于晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)周期重復(fù)的方式和晶體安置的方位。測定晶體的衍射方向，可以求得晶胞的大小和形狀。決定方法：勞厄(Laue)方程和布拉格（Bragg）方程

4.1X射線的衍射方向二、X射線在晶體中的衍射定義：晶體衍射方向是指晶體在25一、一條點(diǎn)陣行列對X射線衍射時的方程二、一層面網(wǎng)（晶面）對X射線衍射時的方程三、三維空間的結(jié)晶格子對X射線衍射時的方程勞厄(Laue)方程二、X射線在晶體中的衍射一、一條點(diǎn)陣行列對X射線衍射時的方程勞厄(Laue)方程二、26AD-BC=a(cosαh-cosα0)=hλh為任意整數(shù)一條點(diǎn)陣行列對X射線衍射時的方程勞厄(Laue)方程二、X射線在晶體中的衍射AD-BC=a(cosαh-cosα0)=hλ一條27勞厄(Laue)方程二、X射線在晶體中的衍射由原子行列衍射X射線形成的一套圓錐一條點(diǎn)陣行列對X射線衍射勞厄(Laue)方程二、X射線在晶體中的衍射勞厄(Laue)方程二、X射線在晶體中的衍射勞厄(Laue)方程二、X射線在晶體中的衍射由原子行列衍射X28二、X射線在晶體中的衍射一層面網(wǎng)（晶面）對X射線衍射時的方程二、X射線在晶體中的衍射一層面網(wǎng)（晶面）對X射線衍射時的方程29兩個方向的圓錐交線一層面網(wǎng)（晶面）對X射線衍射二、X射線在晶體中的衍射衍射方向發(fā)生在以X軸和Y軸為軸線的兩族衍射錐的相交線上，不是連續(xù)的衍射錐，而是不連續(xù)的衍射線二維點(diǎn)陣：按周期a，b分別沿X、Y軸構(gòu)成原子網(wǎng)面。二維Laue方程：a(cosαh-cosα0)=hλb(cosβk-cosβ0)=kλh,k為任意整數(shù)兩個方向的圓錐交線一層面網(wǎng)（晶面）對X射線衍射二、X射線在晶30二、X射線在晶體中的衍射三維空間的結(jié)晶格子對X射線衍射時的方程a(cosαh-cosα0)=hλb(cosβk-cosβ0)=kλc(cosγl-cosγ0)=lλ三個方向的圓錐交角勞厄方程組cos2αh+cos2βk+cos2γl=1

h,k,l為任意整數(shù)二、X射線在晶體中的衍射三維空間的結(jié)晶格子對X射線衍射時的方31布拉格（Bragg）方程

布拉格把晶體看成是由許多平行的原子面堆積而成，把衍射現(xiàn)象理解為晶體點(diǎn)陣平面族對入射線的選擇性反射，從而使衍射方向很容易看出來，布拉格對勞厄方程式給予了直觀的解釋。布拉格方程：n～0，1，2，……；θ為布拉格角，2θ稱為衍射角，n稱為衍射級次。

Bragg方程推導(dǎo)示意圖二、X射線在晶體中的衍射布拉格（Bragg）方程布拉格把晶體看成是由許多平行32(a)可見光在任意入射角方向均能產(chǎn)生反射，而X射線則只能在有限的布拉格角方向才產(chǎn)生反射。(b)雖然Bragg借用了反射幾何，但衍射并非反射，而是一定厚度內(nèi)許多間距相同晶面共同作用的結(jié)果。(1)X射線衍射與可見光反射的差異關(guān)于Bragg方程的討論二、X射線在晶體中的衍射(a)可見光在任意入射角方向均能產(chǎn)生反射，而X射線則只能在有33二、X射線在晶體中的衍射4.2X射線的衍射強(qiáng)度一個電子對X射線的散射強(qiáng)度

I0是入射X射線光強(qiáng)度。e為電子電荷,m為電子質(zhì)量，c為光速，2θ為原始入射線與散射線間的夾角，r為散射電子與觀察點(diǎn)之間距離，稱為偏振因子。一個原子對X射線散射強(qiáng)度為Z為原子序數(shù)，入射X射線的波長λ比原子直徑大很多，認(rèn)為原子中Z個電子集中于一點(diǎn)，Zm為它們的總質(zhì)量，Ze為總電荷二、X射線在晶體中的衍射4.2X射線的衍射強(qiáng)度一個電子對X34在實(shí)際X射線衍射中，所有X射線波長和原子的尺度是接近的，因此不能認(rèn)為原子中電子集中于一點(diǎn)，各電子散射波之間有相位差，一個原子散射強(qiáng)度公式為：稱為原子散射因數(shù)，Aa是一個原子散射的散射波振幅，Ae是一個電子散射的散射波振幅。

由幾個原子的散射波互相疊加而形成的組合波可表示為Fhkl稱為衍射hkl的結(jié)構(gòu)因子，它是由原子的種類及其在晶胞中坐標(biāo)位置(xj,

yj,zj)決定的。Fhkl模量稱為結(jié)構(gòu)振幅。

二、X射線在晶體中的衍射在實(shí)際X射線衍射中，所有X射線波長和原子的尺度是接近的35X射線受一個晶胞散射的散射線強(qiáng)度一個含有N個晶胞的晶體，X射線受晶體中各個晶胞散射的散射線都是相干的，振幅相等，其總的散射波振幅是Ab的N倍，因此總散射強(qiáng)度可表示為二、X射線在晶體中的衍射X射線受一個晶胞散射的散射線強(qiáng)度一個含有N個晶胞的36一、X射線及其產(chǎn)生原理二、X射線在晶體中的衍射三、X射線實(shí)驗(yàn)方法四、X射線衍射譜線分析五、X射線衍射的應(yīng)用六、小角X射線散射主要內(nèi)容一、X射線及其產(chǎn)生原理主要內(nèi)容37X射線照相法：平板底片法；圓筒底片法（單晶旋轉(zhuǎn)法）；德拜—謝樂法。X射線衍射儀法XRD儀器的構(gòu)成：X射線發(fā)生器X射線管精密測角儀X射線強(qiáng)度測量系統(tǒng)后臺處理系統(tǒng)三、X射線實(shí)驗(yàn)方法X射線照相法：平板底片法；圓筒底片法（單晶旋轉(zhuǎn)法）；德拜—謝38〓平板照相法：最常使用的照相機(jī)是平面底片照相機(jī)。相機(jī)主要由針孔光闌、試樣架和平面底片暗盒等部分構(gòu)成。此外，還附有專門的傳動裝置，可使試樣或底片繞入射線軸轉(zhuǎn)動。對于無規(guī)取向高聚物多晶樣品，平板照相的結(jié)果為許多同心圓環(huán)。這是因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下的無規(guī)取向聚合物結(jié)晶是由晶區(qū)很小的多晶組成，總會有某些晶粒的(hkl)點(diǎn)陣面與入射線夾角θ處在滿足布拉格方程位置，這些衍射線形成一半圓錐角等于2θ的衍射圓錐。當(dāng)衍射圓錐面和垂直入射X射線的平板底片相遇時，使底片感光形成衍射環(huán)。不同的(hkl)點(diǎn)陣面所產(chǎn)生的衍射，形成一系列的同心圓。三、X射線實(shí)驗(yàn)方法〓平板照相法：三、X射線實(shí)驗(yàn)方法39平面底片法:多晶平面底片照相法無規(guī)聚甲醛POM平板圖取向聚甲醛POM平板圖纖維軸垂直放置及實(shí)驗(yàn)幾何排布平面底片法:多晶平面底片照相法無規(guī)聚甲醛POM平板圖取向聚甲40

回轉(zhuǎn)晶體形成層線回轉(zhuǎn)晶體形成衍射圓錐圓筒底片法(單晶旋轉(zhuǎn)法):三、X射線實(shí)驗(yàn)方法回轉(zhuǎn)晶體形成層線回轉(zhuǎn)晶體形成衍射圓錐41〓德拜謝樂照相法：即通常所說的粉末法。德拜照相不但能記錄到透射區(qū)的衍射，而且也能記錄到背射區(qū)的衍射(2θ>90o)。德拜法衍射花樣的測量主要是測量衍射線條的相對位置和相對強(qiáng)度，然后再計(jì)算出θ角和晶面間距d(hkl)。每個德拜相機(jī)都包括一系列的衍射圓弧對，每對衍射圓弧是它所對應(yīng)的衍射圓錐與底片相交時所留下的痕跡，它代表一種等同晶面族（hkl）的反射。若圖中某一對粉末衍射線的間距為2L，則（弧度），R為相機(jī)半徑。

在計(jì)算出θ角之后，可利用布拉格方程2dsinθ=nλ計(jì)算出每對衍射圓弧所對應(yīng)的反射面的面間距d。三、X射線實(shí)驗(yàn)方法〓德拜謝樂照相法：三、X射線實(shí)驗(yàn)方法42三、X射線實(shí)驗(yàn)方法德拜-謝樂法：德拜法的衍射花樣三、X射線實(shí)驗(yàn)方法德拜-謝樂法：德拜法的衍射花樣43三、X射線實(shí)驗(yàn)方法

RSM衍射儀法：DS：發(fā)射縫隙SS：過濾縫隙RS：接收縫隙RSM：接收單色器三、X射線實(shí)驗(yàn)方法

RSM衍射儀法：DS：發(fā)射縫隙44荷蘭PANalyticalX′PertProMPDX射線衍射儀主要指標(biāo):

1、功率3kW(管壓15～60kV；管流5～60mA)銅靶,廣角測角儀掃描方式,最小步長0.0001o，2θ測量范圍0～167o。

2、主要附件:超能探頭、高溫附件（16000℃）、小角測角儀、微區(qū)模塊。送樣要求：

粉末樣品需要量約為0.2g（視其密度和衍射能力而定）；塊狀樣品要求具有一個面積小于1.8cmx1.8cm的近似平面。荷蘭PANalyticalX′PertProMPD45一、X射線及其產(chǎn)生原理二、X射線在晶體中的衍射三、X射線實(shí)驗(yàn)方法四、X射線衍射譜線分析五、X射線衍射的應(yīng)用六、小角X射線散射主要內(nèi)容一、X射線及其產(chǎn)生原理主要內(nèi)容46四、X射線衍射譜線分析I2θI2θ原子完全無序(稀薄氣體)原子近程有序但遠(yuǎn)程無序(非晶)物質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)與散射(衍射)譜線關(guān)系：四、X射線衍射譜線分析I2θI2θ原子完全無序(稀薄氣體)原47I2θ原子近程和遠(yuǎn)程高度有序(理想晶體)原子近程有序但遠(yuǎn)程部分有序(晶體)I2θ四、X射線衍射譜線分析I2θ原子近程和遠(yuǎn)程高度有序(理想晶體)原子近程有序但遠(yuǎn)程部48I2θI2θ實(shí)際晶體：由于晶體缺陷或變態(tài)等因素破壞晶體完整性峰強(qiáng)降低，峰形變寬。四、X射線衍射譜線分析I2θI2θ實(shí)際晶體：由于晶體缺陷或變態(tài)等因素峰強(qiáng)降低，峰形49空位，間隙孿晶與亞晶塊晶格顯微畸變位錯與層錯原子熱振動等晶體缺陷或變態(tài)破壞了晶體結(jié)構(gòu)的完整性，故稱為不完整晶體四、X射線衍射譜線分析空位，間隙晶體缺陷或變態(tài)破壞了晶體結(jié)構(gòu)的完整性，故稱為不完整50四、X射線衍射譜線分析四、X射線衍射譜線分析51四、X射線衍射譜線分析四、X射線衍射譜線分析52面積不變峰形變寬峰值降低衍射峰形分析：通過分析X射線衍射峰形狀變化，來定量揭示不完整晶體中的一些結(jié)構(gòu)信息。四、X射線衍射譜線分析面積不變衍射峰形分析：通過分析X射線衍射峰形狀變化，來定量53I2θθ輻射波長晶胞類型晶胞大小晶胞形狀衍射峰位（θ值）：四、X射線衍射譜線分析I2θθ輻射波長衍射峰位（θ值）：四、X射線衍射譜線分析54幾種聚集態(tài)衍射譜圖的特征示意圖晶態(tài)試樣非晶試樣半晶試樣半晶試樣衍射峰尖銳，基線平緩隆峰兩相差別明顯晶相不完整幾種聚集態(tài)衍射譜圖的特征示意圖晶態(tài)試樣非晶試樣半晶試樣半晶試55聚乳酸(PLA)、聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維的XRD曲線聚乳酸(PLA)、聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)和聚對苯二甲56尼龍66在升溫和降溫過程中的Brill轉(zhuǎn)變Source:李勇進(jìn),高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào),2000,21(6):983-984室溫下三斜α晶型高溫下假六方晶型晶型轉(zhuǎn)變觀察：尼龍66在升溫和降溫過程中的Brill轉(zhuǎn)變Source:李57粘膠原絲和經(jīng)不同溫度處理粘膠纖維的XRD曲線21.8°粘膠原絲和經(jīng)不同溫度處理粘膠纖維的XRD曲線21.8°58高碘酸鈉氧化前后棉纖維的X射線衍射圖譜a-未處理棉纖維b-氧化棉纖維(1.00g/L，1h)c-氧化棉纖維(42.80g/L，3h)d-氧化棉纖維(42.80g/L，8h)高碘酸鈉氧化前后棉纖維的X射線衍射圖譜a-未處理棉纖維59影響衍射譜線的主要因素：1.晶體組成(Kα雙線、原子散射因子)與結(jié)構(gòu)(完整程度）2.擇優(yōu)取向(織態(tài)結(jié)構(gòu))：是高分子特有的屬性。高分子在空間構(gòu)型上常是一個方向的長度大于其他兩向長度好多倍。集合幾個這樣的大分子構(gòu)成一個組織單元，既可能成為晶體，也可能是無定形區(qū)。大分子長度可以貫穿一個或數(shù)個晶體組織和無定形區(qū)。連接多個分子的單元組織的集合體，稱做超分子，又名織態(tài)結(jié)構(gòu)。纖維的各種性質(zhì)和特征，既和大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)有聯(lián)系，也在較大程度上和它的超分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。

3.實(shí)驗(yàn)條件(溫度、樣品量、角因子等)四、X射線衍射譜線分析影響衍射譜線的主要因素：四、X射線衍射譜線分析60分析方法基本分析項(xiàng)目應(yīng)用舉例照相法物相定性分析點(diǎn)陣常數(shù)測定取向結(jié)構(gòu)測定單晶定向產(chǎn)物的X射線研究相變過程中產(chǎn)物結(jié)構(gòu)變化工藝參數(shù)對相變的影響新生相與母相的取向關(guān)系衍射儀法物相定性定量分析點(diǎn)陣常數(shù)測定織態(tài)結(jié)構(gòu)測定單晶定向宏觀應(yīng)力測定晶粒度測定非晶態(tài)結(jié)構(gòu)分析塑性形變的X射線分析孿晶面與滑移面指數(shù)測定形變與再結(jié)晶織構(gòu)測定應(yīng)力分析X射線衍射分析方法的應(yīng)用四、X射線衍射譜線分析分析方法基本分析項(xiàng)目應(yīng)用舉例照相法物相定性分析產(chǎn)物的X射線研61一、X射線及其產(chǎn)生原理二、X射線在晶體中的衍射三、X射線實(shí)驗(yàn)方法四、X射線衍射譜線分析五、X射線衍射的應(yīng)用六、小角X射線散射主要內(nèi)容一、X射線及其產(chǎn)生原理主要內(nèi)容62（一）結(jié)晶度的測定（二）取向度的測定（三）微晶大小的測定（四）照相法表征結(jié)晶與取向作用五、X射線衍射的應(yīng)用（一）結(jié)晶度的測定五、X射線衍射的應(yīng)用63（一）結(jié)晶度的測定Xc=Ic/（Ic+Ia）五、X射線衍射的應(yīng)用IcIa（一）結(jié)晶度的測定Xc=Ic/（Ic+Ia）五、X射線衍射的64將X射線衍射強(qiáng)度曲線運(yùn)用Peakfit軟件采用高斯-勞侖茲峰形進(jìn)行擬合（R2大于0.98），再根據(jù)結(jié)晶區(qū)的面積和整個擬合區(qū)域的面積（結(jié)晶區(qū)和無定型區(qū)的面積之和）的比值計(jì)算纖維的結(jié)晶度。將X射線衍射強(qiáng)度曲線運(yùn)用Peakfit軟件采用高65

利用X射線衍射法和光學(xué)方法可以研究纖維的取向度。用光學(xué)方法可測量整個分子鏈或鏈段的取向，而用X射線衍射法可測量微晶（晶區(qū)分子鏈）的取向。非晶區(qū)分子鏈的取向，則由兩種方法測定的結(jié)果加以換算得出。一般情況下，可用Hermans提出的取向因子描述晶區(qū)分子鏈軸方向相對于參考方向（拉伸方向、纖維軸方向）取向情況。（二）取向度的測定五、X射線衍射的應(yīng)用取向因子定義為：利用X射線衍射法和光學(xué)方法可以研究纖維的66當(dāng)分子鏈軸無規(guī)取向時，fφ＝0，φ＝54044'當(dāng)分子鏈與參考方向完全一致（理想取向）時，fφ＝1，φ＝00當(dāng)分子鏈完全垂直拉伸方向時，fφ＝1/2，φ＝900也可用下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算取向度π：H是赤道衍射沿德拜環(huán)一個衍射弧度（斑點(diǎn)）分布的角度。測量時用強(qiáng)度分布的半寬度，即弧段上最大強(qiáng)度一半作為弧段的起點(diǎn)和終點(diǎn)。H的單位是度。完全取向時可以認(rèn)為H=0o,無規(guī)取向時，H=180o,π＝0。若用衍射儀纖維樣品架測定當(dāng)分子鏈軸無規(guī)取向時，fφ＝0，φ＝54044'67無應(yīng)力微晶尺寸可以由謝樂公式計(jì)算

λ是所用單色X射線波長（單位：nm）,θ為布拉格角（度），Lhkl是垂直于反射面(hkl)方向微晶的尺寸(nm)，β0是純衍射線增寬（用弧度表示）。K通常稱為微晶的形狀因子，與微晶形狀及β0和Lhkl定義有關(guān)。當(dāng)β0定義為衍射峰最大值的半高寬時，K=0.9。（三）微晶大小的測定五、X射線衍射的應(yīng)用無應(yīng)力微晶尺寸可以由謝樂公式計(jì)算λ是所用單色X射線68（三）微晶大小的測定五、X射線衍射的應(yīng)用（三）微晶大小的測定五、X射線衍射的應(yīng)用69應(yīng)用

（三）微晶大小的測定三種納米粉體粒徑的計(jì)算結(jié)果試樣θ/°β0/radL/nmAg19.0550.003838.6TiO2（金紅石型）12.6850.005525.8TiO2（銳鈦礦型）12.6850.010014.2λ=0.154056nmK=0.9應(yīng)用

（三）微晶大小的測定三種納米粉體粒徑的計(jì)算結(jié)果試70

衍射照片特征：

（1）未取向高聚物X射線衍射圖的特點(diǎn)為對稱的圓環(huán)分布，一般稱為德拜-謝樂環(huán)。（2）非晶高聚物衍射圖常具有一個或兩個彌散環(huán)，而當(dāng)衍射圖中具有一個或兩個清晰圓環(huán)，則為結(jié)晶性較差的高聚物。（3）結(jié)晶性好的高聚物的衍射圖中具有多個清晰圓環(huán)。（4）對于取向高聚物而言，非晶高聚物的彌散環(huán)集中在赤道線上，形成兩個彌散斑點(diǎn)；結(jié)晶性較差的高聚物，在赤道線上有明顯的彌散點(diǎn)。

（四）照相法表征結(jié)晶與取向作用五、X射線衍射的應(yīng)用衍射照片特征：（四）照相法表征結(jié)晶與取向作用五、X射線衍71低結(jié)晶度取向高聚物高結(jié)晶取向高聚物的X射線衍射圖X射線衍射圖低結(jié)晶度取向高聚物72結(jié)晶取向具有螺旋構(gòu)象聚對苯二甲酰庚二胺高聚物的X射線衍射圖的X射線衍射圖

結(jié)晶取向具有螺旋構(gòu)象73一、X射線及其產(chǎn)生原理二、X射線在晶體中的衍射三、X射線實(shí)驗(yàn)方法四、X射線衍射譜線分析五、X射線衍射的應(yīng)用六、小角X射線散射主要內(nèi)容一、X射線及其產(chǎn)生原理主要內(nèi)容74X射線小角散射SAXS：2θ

≤5°

2~20nm尺寸范圍內(nèi)電子密度起伏造成的X射線散射現(xiàn)象。定義：X射線小角散射是在靠近原光束附近很小角度內(nèi)電子對X射線的漫散射現(xiàn)象，也就是在倒易點(diǎn)陣原點(diǎn)附近處電子對X射線相干散射現(xiàn)象。I2θ納米級別的異質(zhì)顆?；蚩紫段^(qū)不均勻性漫散射譜線即小角散射現(xiàn)象六、小角X射線散射