第5章 X射線材料表征

1、X射線晶體學(xué)射線晶體學(xué) 引言引言 X X射線的產(chǎn)生及性質(zhì)射線的產(chǎn)生及性質(zhì) X X射線運(yùn)動學(xué)衍射理論射線運(yùn)動學(xué)衍射理論 X X射衍射方法射衍射方法 X X射線衍射分析的應(yīng)用射線衍射分析的應(yīng)用 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 18951895，德國物理學(xué)家，德國物理學(xué)家，X X射線發(fā)明者射線發(fā)明者-倫琴倫琴 v肉眼不能觀察到，但可使照相底片感光、熒光板發(fā)光肉眼不能觀察到，但可使照相底片感光、熒光板發(fā)光 和使氣體電離；和使氣體電離； v能透過可見光不能透過的物體；能透過可見光不能透過的物體； v這種射線沿直線傳播，在電場與磁場中不偏轉(zhuǎn)，在通這種射線沿直線傳播，在電場與磁場中不偏轉(zhuǎn)，在通 過物體時不發(fā)生反射、折射現(xiàn)

2、象，通過普通光柵亦不過物體時不發(fā)生反射、折射現(xiàn)象，通過普通光柵亦不 引起衍射；引起衍射； vX X射線對動物有機(jī)體（其中包括對人體）能產(chǎn)生巨大射線對動物有機(jī)體（其中包括對人體）能產(chǎn)生巨大 的生理上的影響，能殺傷生物細(xì)胞；的生理上的影響，能殺傷生物細(xì)胞； 1.18951.1895年倫琴發(fā)現(xiàn)年倫琴發(fā)現(xiàn)X X射線后，認(rèn)為是一種波，射線后，認(rèn)為是一種波， 但無法證明。但無法證明。 2.2.當(dāng)時晶體學(xué)家對晶體構(gòu)造（周期性）也沒有當(dāng)時晶體學(xué)家對晶體構(gòu)造（周期性）也沒有 得到證明。得到證明。 1914年獲諾貝爾 物理學(xué)獎 X射線射線 X-ray 晶體晶體 crystal 勞厄斑勞厄斑 Laue spots

3、晶體的三維光柵晶體的三維光柵 Three-dimensional “diffraction grating” 晶體的晶格常數(shù)約晶體的晶格常數(shù)約 與與 X 射線波長接近射線波長接近 X-radiation Microwaves g g-radiation UVIRRadio waves 10-6 10-3 1 103 106 109 1012 Wavelength(nm) 可見光可見光 微波微波 無線電波無線電波 在電磁波譜中，X射線的波長范圍約為 0.005 nm 到 10 nm，相當(dāng)于可見光波長的 10萬分之一萬分之一 到 50 分之一分之一 。 v硬硬X射線：射線： 波長較短（波長較短（0

4、.01nm 0.1nm）的硬）的硬X射射 線能量較高，穿透性較強(qiáng)，適用于金屬線能量較高，穿透性較強(qiáng)，適用于金屬 部件的無損探傷及金屬物相分析。部件的無損探傷及金屬物相分析。 v軟軟X射線：射線： 波長較長（波長較長（0.1nm 1nm）的軟）的軟X射線能射線能 量較低，穿透性弱，可用于醫(yī)學(xué)透視和量較低，穿透性弱，可用于醫(yī)學(xué)透視和 非金屬分析。非金屬分析。 X射線的應(yīng)用射線的應(yīng)用 X射線與可見光的不同之處射線與可見光的不同之處 v1.X射線在固體表面不會發(fā)生反射，也不易用 鏡面將它們聚焦或變向； v2.X射線在物體分界面只發(fā)生微小的折射，折 射率略小于1，與1只相差0.00005左右； v3.X

5、射線波長與晶體中原子間距相當(dāng)，故通過 晶體是會發(fā)生衍射現(xiàn)象，可用來研究晶體結(jié) 構(gòu)。 X射線的應(yīng)用射線的應(yīng)用 NaCl晶體的三維空間點陣 X射線的應(yīng)用射線的應(yīng)用 X射線衍射圖譜 角度角度 強(qiáng)度強(qiáng)度 角度角度 強(qiáng)度強(qiáng)度 角度角度 強(qiáng)度強(qiáng)度 氣體氣體 液體 非晶 結(jié)晶 多晶的X射線衍射 引言引言 X X射線的產(chǎn)生及性質(zhì)射線的產(chǎn)生及性質(zhì) X X射線運(yùn)動學(xué)衍射理論射線運(yùn)動學(xué)衍射理論 X X射衍射方法射衍射方法 X X射線衍射分析的應(yīng)用射線衍射分析的應(yīng)用 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 v固體靶源固體靶源 v同步輻射同步輻射 X射線產(chǎn)生射線產(chǎn)生 X射線管的結(jié)構(gòu) 封閉式X射線管實質(zhì)上就是一個大的真空二極管。基本組成包括

6、陰極陰極：陰極是發(fā)射電子的地方 陽極陽極：亦稱靶，是使電子突然減速和發(fā)射X射線的地方 窗口窗口：窗口是X射線從陽極靶向外射出的地方 焦點焦點：焦點是指陽極靶面被電子束轟擊的地方，正是從這塊面積上發(fā)射 出X射線 ： X射線束的形狀 ： 燈絲 陽極 X-RAY 窗口 兩種焦斑 由長焦斑結(jié)窗口（6）得到 0.110mm2的有效投射線焦點射線束， 由短焦斑得到11mm2的有效投射點焦 點射線束 X射線譜 由X射線管發(fā)射出來的X射線可以分為兩 種類型： 連續(xù)連續(xù)X X射線射線 標(biāo)識標(biāo)識X X射線射線 ： X射線射線 譜譜 連續(xù)譜產(chǎn)生機(jī)理連續(xù)譜產(chǎn)生機(jī)理 X X射線管兩端加上高壓后，從陰極發(fā)出的電子在強(qiáng)電場

7、射線管兩端加上高壓后，從陰極發(fā)出的電子在強(qiáng)電場 作用下，以極高的速度飛掠陽極，受到陽極物質(zhì)原子核的作用下，以極高的速度飛掠陽極，受到陽極物質(zhì)原子核的 靜電引力而獲得加速度，從而向周圍輻射電磁波。由于電靜電引力而獲得加速度，從而向周圍輻射電磁波。由于電 子掠過原子核的距離不同，獲得的加速速也不完全一致，子掠過原子核的距離不同，獲得的加速速也不完全一致， 由它們輻射的光子頻率譜也就包含各種波長的連續(xù)譜。由它們輻射的光子頻率譜也就包含各種波長的連續(xù)譜。 連續(xù)X射線譜的產(chǎn)生機(jī)理 ： K態(tài)（擊走K電子） L態(tài)（擊走L電子） M態(tài)（擊走M(jìn)電子） N態(tài)（擊走N電子） 擊走價電子 中性原子 Wk Wl Wm

8、Wn 0 原子 的能 量 連續(xù)X射線產(chǎn)生過程 電子沖擊陽級靶 特征（標(biāo)識）特征（標(biāo)識）X X射線譜射線譜 當(dāng)管電壓超過某臨界值時，當(dāng)管電壓超過某臨界值時， 會在連續(xù)譜的某個波長處會在連續(xù)譜的某個波長處 出現(xiàn)強(qiáng)度峰，峰窄而尖銳。出現(xiàn)強(qiáng)度峰，峰窄而尖銳。 因這種強(qiáng)度峰反映了物質(zhì)因這種強(qiáng)度峰反映了物質(zhì) 的原子序數(shù)特征，所以叫的原子序數(shù)特征，所以叫 特征特征X射線，由特征射線，由特征X射線射線 構(gòu)成的構(gòu)成的X射線譜叫特征射線譜叫特征X射射 線譜，該臨界電壓稱激發(fā)線譜，該臨界電壓稱激發(fā) 電壓（即產(chǎn)生特征電壓（即產(chǎn)生特征X射線射線 的最低電壓）。的最低電壓）。 鉬陽極管發(fā)射的X射線譜 波長，0.1nm 相

9、對強(qiáng)度 35kV 25 20 特征譜產(chǎn)生機(jī)理特征譜產(chǎn)生機(jī)理 能 量 K 系 n=3 n=2 n=1 (M 層) (L層) (K層) K 1 K 2 K 1 L 系 L L L 特征譜產(chǎn)生機(jī)理特征譜產(chǎn)生機(jī)理 靶子材料的特征波長及濾色片的選用靶子材料的特征波長及濾色片的選用 選擇比靶子元素低一至二個原子序數(shù)選擇比靶子元素低一至二個原子序數(shù) 的元素作為濾色片材料的元素作為濾色片材料 莫塞來定律莫塞來定律 ： 標(biāo)識X射線譜的頻率和波長只取決于陽極靶 物質(zhì)的原子能級結(jié)構(gòu)，是物質(zhì)的固有特性。且 存在如下關(guān)系 莫塞萊定律：標(biāo)識X射線譜的波長與原子 序數(shù)Z關(guān)系為 ZC 1 C，為常數(shù) X-ray 熒光分析技術(shù)

10、的理論基礎(chǔ)熒光分析技術(shù)的理論基礎(chǔ) 同步輻射同步輻射 v同步輻射同步輻射光源被科學(xué)家稱之為繼光源被科學(xué)家稱之為繼電光源電光源、X光源光源和 激光光源激光光源之后，第四次為人類文明帶來革命性推動之后，第四次為人類文明帶來革命性推動 的新光源，被譽(yù)為科學(xué)家的的新光源，被譽(yù)為科學(xué)家的“神燈神燈”。 定義定義-速度接近光速的帶電粒子在磁場中做變速時速度接近光速的帶電粒子在磁場中做變速時 發(fā)出的發(fā)出的電磁輻射電磁輻射。 X射線的安全防護(hù)射線的安全防護(hù) X射線設(shè)備的操作人員可能遭受電震和輻射損射線設(shè)備的操作人員可能遭受電震和輻射損 傷兩種危險。傷兩種危險。 v電震的危險在高壓儀器的周圍是經(jīng)常地存在的，電震的

11、危險在高壓儀器的周圍是經(jīng)常地存在的， X射線的陰極端為危險的源泉。在安裝時可以射線的陰極端為危險的源泉。在安裝時可以 把陰極端裝在儀器臺面之下或箱子里、屏后等把陰極端裝在儀器臺面之下或箱子里、屏后等 方法加以保證。方法加以保證。 v輻射損傷是過量的輻射損傷是過量的X射線對人體產(chǎn)生有害影響。射線對人體產(chǎn)生有害影響。 可使局部組織灼傷，可使人的精神衰頹、頭暈、可使局部組織灼傷，可使人的精神衰頹、頭暈、 毛發(fā)脫落、血液的組成和性能改變以及影響生毛發(fā)脫落、血液的組成和性能改變以及影響生 育等。育等。 X射線的安全防護(hù)射線的安全防護(hù) 嚴(yán)格遵守安全條例，注意采取安全措施：嚴(yán)格遵守安全條例，注意采取安全措施

12、： v避免身體直接暴露在避免身體直接暴露在X X射線下；射線下； v重金屬鉛可強(qiáng)烈吸收重金屬鉛可強(qiáng)烈吸收X X射線，可以在需要屏蔽射線，可以在需要屏蔽 的地方加上鉛屏或鉛玻璃屏，必要時可帶上鉛的地方加上鉛屏或鉛玻璃屏，必要時可帶上鉛 眼鏡、鉛橡膠眼鏡、鉛橡膠 手套等，以有效擋住手套等，以有效擋住X X射線；射線； v定期進(jìn)行身體檢查和驗血。定期進(jìn)行身體檢查和驗血。 引言引言 X X射線的產(chǎn)生及性質(zhì)射線的產(chǎn)生及性質(zhì) X X射線運(yùn)動學(xué)衍射理論射線運(yùn)動學(xué)衍射理論 X X射衍射方法射衍射方法 X X射線衍射分析的應(yīng)用射線衍射分析的應(yīng)用 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 1915年布喇格父子獲諾貝爾物理學(xué)獎，小布 喇格

13、當(dāng)年25歲，是歷屆諾貝爾獎最年輕的得 主。 1912年，英國物理學(xué)家布喇格父年，英國物理學(xué)家布喇格父 子提出子提出 X射線在晶體上衍射的一射線在晶體上衍射的一 種簡明的理論解釋種簡明的理論解釋-布喇格定律，布喇格定律， 又稱布喇格條件。又稱布喇格條件。 )3 . 2 . 1(kkdsin2 布拉格定律布拉格定律 X 射 線 原子或離子中的電子 受迫振動。 振動著的電子 成為次生X射 線的波源，向 外輻射與入射 X 射線同頻率 的電磁波，稱 為散射波。 入射角 掠射角 鏡面反射方向 平面法線 入射 X射線 任一平面 上的點陣 （1）.布喇格方程的導(dǎo)出 同一晶面上各個格點之間的干涉點間干涉點間干涉

14、。 任一平面 上的點陣 入射 X射線 平面法線 鏡面反射方向 Z X Y 用圖示法作簡易證明 A A B B C C C D 光程相等即光程差為零干涉得最大光強(qiáng) CC-AD ACcos- ACcos=0 CC=AD AA=BB 面1 面2 面3 作截面分析 不同晶面之間的干涉面間干涉面間干涉 sin2dDCBD )3 . 2 . 1(k 相長干涉得亮點的條件 kdsin2 層間兩反射光的光程差 A D a b CB d 1 2 h d 3 掠射角 (b)可見光的反射只是物體表可見光的反射只是物體表 面上的光學(xué)現(xiàn)象，而衍射則是面上的光學(xué)現(xiàn)象，而衍射則是 一定厚度內(nèi)許多間距相同晶面一定厚度內(nèi)許多間

15、距相同晶面 共同作用的結(jié)果。共同作用的結(jié)果。 (1)X射線衍射與可見光反射的差異射線衍射與可見光反射的差異 （2） 關(guān)于Bragg方程的討論 1 2 1 2 A B C hkl dhkl (a)可見光在任意入射角方向均能產(chǎn)生反射，而可見光在任意入射角方向均能產(chǎn)生反射，而X射線則射線則 只能在有限的布喇格角方向才產(chǎn)生反射。就平面點陣只能在有限的布喇格角方向才產(chǎn)生反射。就平面點陣 （h*k*l*）來說，只有入射角）來說，只有入射角滿足此方程時，才能在滿足此方程時，才能在 相應(yīng)的反射角方向上產(chǎn)生衍射。相應(yīng)的反射角方向上產(chǎn)生衍射。 這規(guī)定了這規(guī)定了X衍射分析的下限：衍射分析的下限： 對于一定波長的對于

16、一定波長的X X射線而言，晶體中能產(chǎn)生衍射射線而言，晶體中能產(chǎn)生衍射 的晶面數(shù)是有限的。的晶面數(shù)是有限的。 對于一定晶體而言，在不同波長的對于一定晶體而言，在不同波長的X X射線下，能射線下，能 產(chǎn)生衍射的晶面數(shù)是不同的。產(chǎn)生衍射的晶面數(shù)是不同的。 (2)入射線波長與面間距關(guān)系入射線波長與面間距關(guān)系 1/ 2 sind 所以要產(chǎn)生衍射，必須有所以要產(chǎn)生衍射，必須有 d /2 (3)布喇格方程是布喇格方程是X射線在晶體產(chǎn)生衍射的必要條件而非射線在晶體產(chǎn)生衍射的必要條件而非 充分條件。有些情況下晶體雖然滿足布拉格方程，但不充分條件。有些情況下晶體雖然滿足布拉格方程，但不 一定出現(xiàn)衍射線，即所謂系統(tǒng)

17、消光。一定出現(xiàn)衍射線，即所謂系統(tǒng)消光。 立方晶系的系統(tǒng)消光規(guī)律是：立方晶系的系統(tǒng)消光規(guī)律是： v簡單點陣（簡單點陣（P） 無消光現(xiàn)象無消光現(xiàn)象 v體心點陣（體心點陣（I） h + k + l=奇數(shù)奇數(shù) v面心點陣（面心點陣（F） h，k，l奇偶混雜奇偶混雜 v底心底心 （c） h + k奇數(shù)奇數(shù) （a） k + l=奇數(shù)奇數(shù) （b） h + l=奇數(shù)奇數(shù) 2. 已知， d 可測 X射線光譜分析. 1. 已知， 可測 d X射線晶體結(jié)構(gòu)分析. 研究晶體結(jié)構(gòu)、材料性質(zhì)。 研究原子結(jié)構(gòu)。 （3）布喇格方程應(yīng)用）布喇格方程應(yīng)用 引言引言 X X射線的產(chǎn)生及性質(zhì)射線的產(chǎn)生及性質(zhì) X X射線運(yùn)動學(xué)衍射理論

18、射線運(yùn)動學(xué)衍射理論 X X射衍射方法射衍射方法 X X射線衍射分析的應(yīng)用射線衍射分析的應(yīng)用 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 實驗方法分類實驗方法分類 勞厄法：勞厄法： 勞厄法：勞厄法： Laue v連續(xù)連續(xù)x-ray投射到投射到固定固定的的單晶單晶體試樣上產(chǎn)體試樣上產(chǎn) 生衍射的一種實驗方法，生衍射的一種實驗方法，x-ray具有較高具有較高 的強(qiáng)度，可在較短的時間得到清晰的衍射的強(qiáng)度，可在較短的時間得到清晰的衍射 花樣。花樣。 （變）變） v垂直于入射線束的照相底片記錄花樣。垂直于入射線束的照相底片記錄花樣。 v衍射花樣由衍射斑點組成，有規(guī)律分布。衍射花樣由衍射斑點組成，有規(guī)律分布。 v此方法能夠反映出晶體的

19、此方法能夠反映出晶體的取向和對稱性取向和對稱性。 轉(zhuǎn)晶法：轉(zhuǎn)晶法： 底片底片 入射入射 X射線射線 轉(zhuǎn)晶法：轉(zhuǎn)晶法： v單色單色x-ray（K系）照射系）照射轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動的的單晶單晶體試體試 樣的衍射方法。（樣的衍射方法。（變）變） v以樣品轉(zhuǎn)動軸為軸的圓環(huán)形底片記錄衍以樣品轉(zhuǎn)動軸為軸的圓環(huán)形底片記錄衍 射花樣。射花樣。 v此法用于測定試樣的晶胞此法用于測定試樣的晶胞常數(shù)常數(shù)，根據(jù)衍，根據(jù)衍 射花樣能準(zhǔn)確測定晶體的衍射方向和強(qiáng)射花樣能準(zhǔn)確測定晶體的衍射方向和強(qiáng) 度。度。 粉末照相法：粉末照相法： 2 可調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié) 樣品樣品 底片底片 X 射線射線 粉末照相法：粉末照相法： v實驗中晶體均勻旋轉(zhuǎn)，促

20、使更多的晶面有機(jī)會處于上述位置。實驗中晶體均勻旋轉(zhuǎn)，促使更多的晶面有機(jī)會處于上述位置。 由于由于相同，結(jié)果形成相同，結(jié)果形成“空間圓錐體空間圓錐體”；圓錐體頂角為；圓錐體頂角為4， 母線為衍射線方向。母線為衍射線方向。 v一個一個“衍射錐衍射錐”代表晶體中一組代表晶體中一組特定特定的晶面；圓錐的數(shù)目等的晶面；圓錐的數(shù)目等 于滿足布拉格方程的晶面數(shù)。于滿足布拉格方程的晶面數(shù)。 v底片垂直于底片垂直于x-ray方向安裝時，衍射線在底片上構(gòu)成許多同方向安裝時，衍射線在底片上構(gòu)成許多同 心圓（衍射圓環(huán)）。心圓（衍射圓環(huán)）。 v用長條形底片卷成圓環(huán)狀，衍射圓錐與底片相交構(gòu)成一系列用長條形底片卷成圓環(huán)狀，

21、衍射圓錐與底片相交構(gòu)成一系列 對稱弧線，每對弧線間的距離相當(dāng)于對應(yīng)的圓錐頂角對稱弧線，每對弧線間的距離相當(dāng)于對應(yīng)的圓錐頂角4對應(yīng)對應(yīng) 的弧長。的弧長。 。 首先，接收首先，接收X射線方面衍射儀用輻射探測器；其次衍射射線方面衍射儀用輻射探測器；其次衍射 儀試樣是平板狀，第三，衍射儀法中輻射探測器沿測角儀試樣是平板狀，第三，衍射儀法中輻射探測器沿測角 儀圓轉(zhuǎn)動，逐一接收衍射。儀圓轉(zhuǎn)動，逐一接收衍射。 衍射儀法使用更方便，自動化程度高，尤其是與計算機(jī)衍射儀法使用更方便，自動化程度高，尤其是與計算機(jī) 結(jié)合，使得衍射儀在強(qiáng)度測量、花樣標(biāo)定和物相分析等結(jié)合，使得衍射儀在強(qiáng)度測量、花樣標(biāo)定和物相分析等 方面

22、具有更好的性能。方面具有更好的性能。 X射線衍射儀法射線衍射儀法 粉末衍射儀的主要構(gòu)成及衍射幾何光學(xué)布置粉末衍射儀的主要構(gòu)成及衍射幾何光學(xué)布置 送水裝置送水裝置 X線管線管 高壓高壓 發(fā)生器發(fā)生器 X線發(fā)生器(XG) 測角儀測角儀 樣品樣品 計數(shù)管計數(shù)管 控制驅(qū)動裝置控制驅(qū)動裝置 顯示器顯示器 數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出 計數(shù)存儲裝置計數(shù)存儲裝置 (ECP) 水冷 高壓電纜高壓電纜 角度掃描角度掃描 高分辨衍射儀高分辨衍射儀 （D8-Discovre型，型，Bruker公司公司1999年產(chǎn)品）年產(chǎn)品） 樣品制備樣品制備 樣品托樣品托 顆粒平均粒徑控制在顆粒平均粒徑控制在55左右（左右（320320目）目

23、） 在加工過程中，防止由于外加物理或化學(xué)因素影響試樣原有在加工過程中，防止由于外加物理或化學(xué)因素影響試樣原有 的性質(zhì)的性質(zhì) 衍射儀法與衍射儀法與DebeyDebey照相照相法的對比法的對比 衍射儀法衍射儀法DebyeDebye法法 快快0.30.31h1h445h5h，手工化，手工化 靈敏，弱線可分辨靈敏，弱線可分辨用肉眼用肉眼 可重復(fù)，數(shù)據(jù)自動處理，可重復(fù)，數(shù)據(jù)自動處理， 結(jié)果自動檢索結(jié)果自動檢索 無法重復(fù)，人工處理結(jié)無法重復(fù)，人工處理結(jié) 果果 盲區(qū)小，約為盲區(qū)小，約為3 3盲區(qū)大，盲區(qū)大，1010 貴，使用條件要求高貴，使用條件要求高便宜且簡便便宜且簡便 樣品量大樣品量大樣品極其微量樣品極

24、其微量 常用于定量相結(jié)構(gòu)分析常用于定量相結(jié)構(gòu)分析定性，晶體顆粒大小定性，晶體顆粒大小 強(qiáng)度強(qiáng)度 111 200 220 311 222 400 331 420 422 511,333 440 531 600,442 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 2 NaCl的粉末衍射圖的粉末衍射圖 X射線衍射圖譜射線衍射圖譜 x射線衍射圖分析射線衍射圖分析 衍射花樣：衍射花樣： v衍射花樣千變?nèi)f化，衍射花樣千變?nèi)f化，3 3個基本個基本要素要素： 衍射線的峰位衍射線的峰位 線形線形 強(qiáng)度強(qiáng)度 v一般衍射花樣（一般衍射花樣（I I曲線）縱坐標(biāo)的單位是：曲線）縱坐標(biāo)的單位是： 每秒

25、脈沖數(shù)（每秒脈沖數(shù)（CPSCPS）。）。 v衍射線強(qiáng)度測定衍射線強(qiáng)度測定 峰高強(qiáng)度：衍射線的峰高對應(yīng)的強(qiáng)度。峰高強(qiáng)度：衍射線的峰高對應(yīng)的強(qiáng)度。 積分強(qiáng)度：曲線以下背底以上區(qū)域面積。積分強(qiáng)度：曲線以下背底以上區(qū)域面積。 引言引言 X X射線的產(chǎn)生及性質(zhì)射線的產(chǎn)生及性質(zhì) X X射線運(yùn)動學(xué)衍射理論射線運(yùn)動學(xué)衍射理論 X X射衍射方法射衍射方法 X X射線衍射分析的應(yīng)用射線衍射分析的應(yīng)用 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 X-射線衍射分析的應(yīng)用射線衍射分析的應(yīng)用 物相分析物相分析 定性分析定性分析 定量分析定量分析 單一物相的鑒定或驗證單一物相的鑒定或驗證 混合物相的鑒定混合物相的鑒定 晶體結(jié)構(gòu)分析晶體結(jié)構(gòu)分析 點陣

26、常數(shù)（晶胞參數(shù)）測定點陣常數(shù)（晶胞參數(shù)）測定 晶體對稱性（空間群）的測定晶體對稱性（空間群）的測定 等效點系的測定等效點系的測定 晶體定向晶體定向 晶粒度測定晶粒度測定 宏觀應(yīng)力分析宏觀應(yīng)力分析 物相分析物相分析 v確定物質(zhì)（材料）由哪些相組成（即確定物質(zhì)（材料）由哪些相組成（即物相定物相定 性分析性分析或稱物相鑒定）或稱物相鑒定） v確定各組成相的含量（常以體積分?jǐn)?shù)或質(zhì)量確定各組成相的含量（常以體積分?jǐn)?shù)或質(zhì)量 分?jǐn)?shù)表示，即分?jǐn)?shù)表示，即物相定量分析物相定量分析）。）。 （1）物相定性分析）物相定性分析 v基本原理與方法基本原理與方法 u物質(zhì)的物質(zhì)的X X射線衍射花樣特征：分析物質(zhì)相組成射線衍射

27、花樣特征：分析物質(zhì)相組成 的的“指紋腳印指紋腳印”。 u制備各種標(biāo)準(zhǔn)單相物質(zhì)的衍射花樣并使之規(guī)制備各種標(biāo)準(zhǔn)單相物質(zhì)的衍射花樣并使之規(guī) 范化，將待分析物質(zhì)范化，將待分析物質(zhì)( (樣品樣品) )的衍射花樣與之的衍射花樣與之 對照，從而確定物質(zhì)的組成相。對照，從而確定物質(zhì)的組成相。 PDF卡片卡片 u各種已知物相衍射花樣的規(guī)范化工作于各種已知物相衍射花樣的規(guī)范化工作于19381938年年 由由哈那瓦特哈那瓦特(J. D. Hanawalt(J. D. Hanawalt) )開創(chuàng)。開創(chuàng)。 u他的主要工作是將物相的衍射花樣特征他的主要工作是將物相的衍射花樣特征( (位置與位置與 強(qiáng)度強(qiáng)度) )用用d d

28、( (晶面間距晶面間距) )和和I I( (衍射線相對強(qiáng)度衍射線相對強(qiáng)度) )數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 組表達(dá)并制成相應(yīng)的物相衍射數(shù)據(jù)卡片。組表達(dá)并制成相應(yīng)的物相衍射數(shù)據(jù)卡片。 u卡片最初由卡片最初由“美國材料試驗學(xué)會美國材料試驗學(xué)會(ASTM)”(ASTM)”出版，出版， 稱稱ASTMASTM卡片卡片。 u19691969年成立了國際性組織年成立了國際性組織“粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合 會會(JCPDS)”(JCPDS)”，由它負(fù)責(zé)編輯出版，由它負(fù)責(zé)編輯出版“粉末衍射卡粉末衍射卡 片片”，稱，稱PDFPDF卡片卡片。 ( (1)1a,1b,1c1)1a,1b,1c 三 數(shù) 據(jù) 為 三三 數(shù) 據(jù) 為 三

29、 條 最 強(qiáng) 衍 射條 最 強(qiáng) 衍 射 線 對 應(yīng) 的 面線 對 應(yīng) 的 面 間距間距,1d,1d為最為最 大面間距；大面間距； (2)2a,2b,2c,(2)2a,2b,2c, 2d2d為上述各為上述各 衍 射 線 的 相衍 射 線 的 相 對 強(qiáng) 度 ， 其對 強(qiáng) 度 ， 其 中 最 強(qiáng) 線 的中 最 強(qiáng) 線 的 強(qiáng)度為強(qiáng)度為100100； (3)(3) 輻射光源輻射光源 波長波長 濾波片濾波片 相機(jī)直徑相機(jī)直徑 所用儀器可測最所用儀器可測最 大面間距大面間距 測量相對強(qiáng)度的測量相對強(qiáng)度的 方法方法 數(shù)據(jù)來源數(shù)據(jù)來源 (4)(4) 晶系晶系 空間群空間群 晶胞邊長晶胞邊長 軸率軸率 A=a

30、A=a0 0/b/b0 0 C=c C=c0 0/b/b0 0 軸角軸角 單位晶胞內(nèi)單位晶胞內(nèi)“分分 子子”數(shù)數(shù) 數(shù)據(jù)來源數(shù)據(jù)來源 (5)(5)光學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì) 折射率折射率 光學(xué)正負(fù)性光學(xué)正負(fù)性 光軸角光軸角 密度密度 熔點熔點 顏色顏色 數(shù)據(jù)來源數(shù)據(jù)來源 (6)(6)樣品來源、樣品來源、 制備方法、制備方法、 升華溫度、升華溫度、 分解溫度等分解溫度等 (7)(7) 物相名稱物相名稱 (8)(8)物相的化物相的化 學(xué) 式 與 數(shù) 據(jù)學(xué) 式 與 數(shù) 據(jù) 可靠性可靠性 可靠性高可靠性高- - 良好良好-i-i 一般一般- -空白空白 較差較差- -O 計算得到計算得到- -C (9)(9) 全部衍射全部衍射 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) PDF卡片索引卡片索引 u為方便、迅速查對為方便、迅速查對PDF卡片，卡片，JCPDS編輯出版了多編輯出版了多 種種PDF卡片檢索手冊：卡片檢索手冊： uHanawalt無機(jī)物檢查手冊、無機(jī)物檢查手冊、Hanawalt有機(jī)相檢查手有機(jī)相檢查手 冊、無機(jī)相字母索引、冊、無機(jī)相字母索引、Fink無機(jī)索引、礦物檢索手無機(jī)