材料現(xiàn)代研究方法5章X射線晶體分析方法教學(xué)教材

第五章X射線晶體分析方法第一節(jié)X射線衍射方法

要想產(chǎn)生衍射，必須滿足布拉格方程。從衍射矢量方程看，只有反射球有充分的機(jī)會(huì)與倒易點(diǎn)相交，方能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象?？梢愿淖兒瓦_(dá)到此目的。一、周轉(zhuǎn)晶體法：用單色(標(biāo)識(shí))X光，照射轉(zhuǎn)動(dòng)的單晶體。不變，變，使反射球總有機(jī)會(huì)與某些倒易節(jié)點(diǎn)相交。二、勞埃法：

用多色(連續(xù))光，照射固定不動(dòng)的單晶體，不變，變化。所以有一系列與之相對(duì)應(yīng)的反射球連續(xù)分布在一定的區(qū)域。而使反射球總有機(jī)會(huì)與某些倒易點(diǎn)相交。第二節(jié)德拜－謝樂（粉末照相）法由于X射線可以使照相底片感光，所以開始都采用照相方法記錄和分析衍射結(jié)果。一、成像原理一系列倒易球與反射球相交而形成一系列衍射圓錐。|g|>2/時(shí)兩球不相交即為衍射極限條件。二、德拜－謝樂法照相技術(shù)1、試樣：絲狀。<1mm通常采用粉末，也可以是金屬絲。2、相機(jī)

圓筒形內(nèi)徑兩種2R=57.3mm2R=114.6mm底片：長(zhǎng)條狀正裝法反裝法偏裝法三、德拜相的處理當(dāng)<450

2L=4R小相機(jī)：

=2L/2底片上1mm＝2o大相機(jī)：=2L/4底片上1mm＝2o當(dāng)<450=90o-2L’/2或=90o-2L’/4

再加上一些處理校正等。第三節(jié)X射線衍射儀

目前X射線衍射分析主要采用衍射儀。測(cè)量具有快速、準(zhǔn)確等有點(diǎn)，并可與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析等。一、測(cè)角儀1、測(cè)角儀的構(gòu)造試樣架：可轉(zhuǎn)動(dòng)，樣品為平板狀光瀾系統(tǒng)：包括光源狹縫(梭拉狹縫,限高限寬狹縫等)。F:X射線源S1:梭拉狹縫H:發(fā)散狹縫O:樣品臺(tái)M:發(fā)散狹縫S2:梭拉狹縫G:接收狹縫D:計(jì)數(shù)器

測(cè)角儀的光學(xué)布置2、工作原理

樣品為彎曲的形成聚焦園，但實(shí)際變化聚焦園半徑l也變化。所以試樣做成平面狀。聚焦園半徑l與有關(guān)：所以：l(R一定)要保持試樣與聚焦園相切，必須試樣轉(zhuǎn)角，而探測(cè)器轉(zhuǎn)動(dòng)2角，才能保證聚焦。3、晶體單色器為消除衍射背底，最有效的辦法是利用晶體單色器。一般在衍射線光路上，安裝彎曲晶體單色器。二、輻射探測(cè)器(計(jì)數(shù)器)1、正比計(jì)數(shù)器在管內(nèi)充以惰性氣體，陽極為金屬筒，陰極為同軸金屬絲，兩級(jí)加600－900V電壓。一個(gè)光子進(jìn)入

氣體電離

局部導(dǎo)電

給出脈沖

計(jì)數(shù)脈沖大小與光子能量成正比。分辨率106/秒光量子速度。無漏計(jì)數(shù)為104/秒。(4)輸出電壓mV級(jí)。2、蓋革計(jì)數(shù)器

當(dāng)兩級(jí)電壓達(dá)到900－1500V時(shí)，一個(gè)光子進(jìn)入將使整個(gè)管內(nèi)電離而產(chǎn)生大脈沖。失去正比性輸出脈沖大小固定與入射光子能量無關(guān)。分辨能力下降104/秒無漏計(jì)計(jì)數(shù)103/秒。輸出電壓V級(jí)

（目前已經(jīng)淘汰）3、閃爍計(jì)數(shù)器

閃爍計(jì)數(shù)器是利用X射線激發(fā)某些固體物質(zhì)(磷光體)發(fā)射可見熒光，并通過光電管進(jìn)行測(cè)量。正比性與入射線X光子的能量有關(guān)分辨能力高無漏計(jì)數(shù)率105/秒輸出脈沖V級(jí)產(chǎn)生無照明電流(干擾分析增加麻煩)4、脈沖高度分析器

是一種特殊的電子電路，它與濾片配合使用可使X射線的單色化得到改善。只讓超過某一選定大小的脈沖通過，叫脈沖高度甄別器。脈沖高度分析儀上甄別器下甄別器三、定標(biāo)器與計(jì)數(shù)率儀1、定標(biāo)器：用來測(cè)量平均脈沖速率。1）定時(shí)計(jì)數(shù)法：2）定數(shù)計(jì)時(shí)法：2、計(jì)數(shù)率儀

能給出平滑的平均脈沖速率的裝置。能連續(xù)測(cè)出平均脈沖速率。（通過RC電路完成）四、衍射線強(qiáng)度的計(jì)算與測(cè)量1、強(qiáng)度計(jì)算

衍射儀采用平板試樣不僅能產(chǎn)生聚焦作用，還能使吸收因子擺脫角的影響。衍射強(qiáng)度公式中吸收因數(shù)一項(xiàng)為1/2l，所以多晶體衍射強(qiáng)度公式為：2、強(qiáng)度的測(cè)量(1)連續(xù)掃描測(cè)量法

將計(jì)數(shù)器連接到計(jì)數(shù)率儀上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)連續(xù)測(cè)得某角度范圍內(nèi)的衍射強(qiáng)度。根據(jù)不同的要求可以測(cè)定整個(gè)衍射花樣，也可以測(cè)定局部衍射線的分布，可以采用不同的掃描速度。

(2)階梯掃描測(cè)量法

將計(jì)數(shù)器連接到定標(biāo)器上，通過手動(dòng)方法預(yù)置于某個(gè)2

角測(cè)定強(qiáng)度，之后轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)很小的角度，逐點(diǎn)測(cè)量所需要的衍射，并連成曲線。五、衍射峰位的確定方法

在進(jìn)行衍射分析中，衍射峰位置的確定十分重要?？筛鶕?jù)衍射峰形的特征選用確定峰位的方法。1、用衍射峰形的表觀最大值所對(duì)應(yīng)的衍射角2作為衍射峰位。2、切線法3、弦中點(diǎn)法和弦中點(diǎn)連線法4、三點(diǎn)拋物線法5、重心法

第四節(jié)點(diǎn)陣參數(shù)的精確測(cè)定

對(duì)于固溶體類型、溶解度曲線、宏觀應(yīng)力、過飽和固溶體分解過程的研究等都涉及到點(diǎn)陣參數(shù)的精確測(cè)量（變化在10-5nm數(shù)量級(jí)）一、誤差來源

以立方系為例：：精確，有效數(shù)字可達(dá)7位，可認(rèn)為無誤差，H、K、L無誤差，所以只有sin對(duì)布拉格方程2dsin=2d=/sin微分說明一定時(shí)d/d二、圖解外推法

通過尋找適當(dāng)?shù)耐馔坪瘮?shù)外推得到精確的點(diǎn)陣常數(shù)。acos2為線性外推至=/2aa0三、最小二乘法

函數(shù)：Y=a+bX誤差：ei=(a+bXi)-Yi求最小值