材料現(xiàn)代研究方法5章x

1、第五章第五章 x x射線晶體分析方法射線晶體分析方法第一節(jié)第一節(jié) x射線衍射方法射線衍射方法 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)會與倒易點相交，方方程看，只有反射球有充分的機(jī)會與倒易點相交，方能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象?？梢愿淖兡墚a(chǎn)生衍射現(xiàn)象?？梢愿淖?和和 達(dá)到此目的。達(dá)到此目的。一、周轉(zhuǎn)晶體法：一、周轉(zhuǎn)晶體法：用用單色單色(標(biāo)識標(biāo)識)x光，照射光，照射轉(zhuǎn)動的單晶體。轉(zhuǎn)動的單晶體。 不不變，變， 變，使反射球變，使反射球總有機(jī)會與某些倒易總有機(jī)會與某些倒易節(jié)點相交。節(jié)點相交。二、勞埃法：二、勞埃法： 用多色用多色(連續(xù)連續(xù)

2、)光，光，照射固定不動的照射固定不動的單晶體，單晶體， 不變，不變， 變化。所以有變化。所以有一系列與之相對一系列與之相對應(yīng)的反射球連續(xù)應(yīng)的反射球連續(xù)分布在一定的區(qū)分布在一定的區(qū)域。而使反射球域。而使反射球總有機(jī)會與某些總有機(jī)會與某些倒易點相交。倒易點相交。用單色用單色(標(biāo)識標(biāo)識)x光光照射多晶體樣品。照射多晶體樣品。 不變，不變， 變，固定變，固定不動的多晶體就其不動的多晶體就其晶粒間的位向關(guān)系晶粒間的位向關(guān)系而言，相當(dāng)于單晶而言，相當(dāng)于單晶體轉(zhuǎn)動的情況。反體轉(zhuǎn)動的情況。反射球有充分的機(jī)會射球有充分的機(jī)會與某些倒易節(jié)點相與某些倒易節(jié)點相交而發(fā)生衍射。交而發(fā)生衍射。三、多晶體衍射方法三、多晶體

3、衍射方法(粉末法粉末法)：第二節(jié)第二節(jié) 德拜謝樂（粉末照相）法德拜謝樂（粉末照相）法 由于由于x射線可以使照相底片感光，所以開始都采用照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。相方法記錄和分析衍射結(jié)果。一、成像原理一、成像原理一系列倒易球與反射一系列倒易球與反射球相交而形成一系列球相交而形成一系列衍射圓錐。衍射圓錐。|g|2/ 時兩球不相交時兩球不相交即為衍射極限條件。即為衍射極限條件。二、德拜謝樂法照相技術(shù)二、德拜謝樂法照相技術(shù)1、試樣：、試樣：絲狀。絲狀。 1mm 通常采用粉末，也通常采用粉末，也可以是金屬絲?？梢允墙饘俳z。2、相機(jī)、相機(jī) 圓筒形內(nèi)徑兩種圓筒形內(nèi)徑

4、兩種 2r = 57.3mm 2r=114.6mm底片：底片：長條狀長條狀正裝法正裝法反裝法反裝法偏裝法偏裝法三、德拜相的處理三、德拜相的處理當(dāng)當(dāng) 450 2l = 4 r3 .5742236042 rlrl 小相機(jī)：小相機(jī)： =2l/2底片上底片上 1mm2o大相機(jī)：大相機(jī)： =2l/4底片上底片上 1mm2o 當(dāng)當(dāng) 450 = 90o- 2l/2 或或 = 90o- 2l/4 再加上一些處理校正等。再加上一些處理校正等。第三節(jié)第三節(jié) x射線衍射儀射線衍射儀 目前目前x射線衍射分析主要采用衍射儀。測量具有快射線衍射分析主要采用衍射儀。測量具有快速、準(zhǔn)確等有點，并可與計算機(jī)聯(lián)機(jī)實現(xiàn)自動分析等。

5、速、準(zhǔn)確等有點，并可與計算機(jī)聯(lián)機(jī)實現(xiàn)自動分析等。一、測角儀一、測角儀1、測角儀的構(gòu)造、測角儀的構(gòu)造試樣架：試樣架：可轉(zhuǎn)動，可轉(zhuǎn)動， 樣品為平板狀樣品為平板狀光瀾系統(tǒng)：光瀾系統(tǒng)：包括光源包括光源狹縫狹縫 (梭拉狹縫梭拉狹縫,限高限高 限寬狹縫等限寬狹縫等)。f:x射線源射線源 s1:梭拉狹縫梭拉狹縫 h:發(fā)散狹縫發(fā)散狹縫 o:樣品臺樣品臺 m:發(fā)散狹縫發(fā)散狹縫 s2:梭拉狹縫梭拉狹縫 g:接收狹縫接收狹縫 d:計數(shù)器計數(shù)器 測角儀的光學(xué)布置測角儀的光學(xué)布置2、工作原理、工作原理 樣品為彎曲的形成樣品為彎曲的形成聚焦園，但實際聚焦園，但實際 變化變化聚焦園半徑聚焦園半徑 l 也變化。也變化。所以試

6、樣做成平面狀。所以試樣做成平面狀。聚焦園半徑聚焦園半徑 l 與與 有關(guān)：有關(guān)：所以：所以： l ( r一定一定 )要保持試樣與聚焦園相切，必須要保持試樣與聚焦園相切，必須試樣轉(zhuǎn)試樣轉(zhuǎn) 角角，而而探測器轉(zhuǎn)動探測器轉(zhuǎn)動 2 角角，才能保證聚焦。，才能保證聚焦。3、晶體單色器、晶體單色器 sin)2cos(2llr sin2rl 為消除衍射背底，最為消除衍射背底，最有效的辦法是利用晶有效的辦法是利用晶體單色器。一般在衍體單色器。一般在衍射線光路上，安裝彎射線光路上，安裝彎曲晶體單色器。曲晶體單色器。二、輻射探測器二、輻射探測器 (計數(shù)器計數(shù)器)1、正比計數(shù)器、正比計數(shù)器在管內(nèi)充以惰性氣體，陽極在管內(nèi)

7、充以惰性氣體，陽極為金屬筒，陰極為同軸金屬為金屬筒，陰極為同軸金屬絲，兩級加絲，兩級加600900v電壓。電壓。一個光子進(jìn)入一個光子進(jìn)入氣體電離氣體電離局部導(dǎo)電局部導(dǎo)電給出脈沖給出脈沖計數(shù)計數(shù)(1)脈沖大小與光子能量成正比。脈沖大小與光子能量成正比。(2)分辨率分辨率 106/秒光量子速度。秒光量子速度。(3)無漏計數(shù)為無漏計數(shù)為 104/秒。秒。 (4) 輸出電壓輸出電壓 mv級。級。2、蓋革計數(shù)器、蓋革計數(shù)器 當(dāng)兩級電壓達(dá)到當(dāng)兩級電壓達(dá)到9001500v時，一個光子進(jìn)入將使時，一個光子進(jìn)入將使整個管內(nèi)電離而產(chǎn)生大脈沖。整個管內(nèi)電離而產(chǎn)生大脈沖。(1)失去正比性失去正比性 輸出脈沖大小固定與

8、入射光子能量無關(guān)。輸出脈沖大小固定與入射光子能量無關(guān)。(2)分辨能力下降分辨能力下降 104/秒秒(3)無漏計計數(shù)無漏計計數(shù) 103/秒。秒。(4)輸出電壓輸出電壓 v級級 （目前已經(jīng)淘汰）（目前已經(jīng)淘汰）3、閃爍計數(shù)器、閃爍計數(shù)器 閃爍計數(shù)器是利用閃爍計數(shù)器是利用x射線激發(fā)某些固體射線激發(fā)某些固體物質(zhì)物質(zhì)(磷光體磷光體)發(fā)射可發(fā)射可見熒光，并通過光見熒光，并通過光電管進(jìn)行測量。電管進(jìn)行測量。(1)正比性正比性 與入射線與入射線x光子的能量有關(guān)光子的能量有關(guān)(2) 分辨能力高分辨能力高 無漏計數(shù)率無漏計數(shù)率 105/秒秒(3) 輸出脈沖輸出脈沖 v級級(4) 產(chǎn)生無照明電流產(chǎn)生無照明電流 (干

9、擾分析干擾分析 增加麻煩增加麻煩)4、脈沖高度分析器、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是一種特殊的電子電路，它與濾片配合使用可使使x射線的單色化得到改善。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，叫只讓超過某一選定大小的脈沖通過，叫脈沖高脈沖高度甄別器。度甄別器。脈沖高度分析儀脈沖高度分析儀上甄別器上甄別器下甄別器下甄別器三、定標(biāo)器與計數(shù)率儀三、定標(biāo)器與計數(shù)率儀1、定標(biāo)器：、定標(biāo)器：用來測量平均脈沖速率。用來測量平均脈沖速率。1）定時計數(shù)法：）定時計數(shù)法：選定時間選定時間脈沖數(shù)脈沖數(shù)2）定數(shù)計時法：）定數(shù)計時法：測定時間測定時間選定脈沖數(shù)選定脈沖數(shù)2、計數(shù)

10、率儀、計數(shù)率儀 能給出平滑的平均脈沖速率的裝置。能連續(xù)能給出平滑的平均脈沖速率的裝置。能連續(xù)測出平均脈沖速率。測出平均脈沖速率。（通過（通過rc電路完成）電路完成）四、衍射線強(qiáng)度的計算與測量四、衍射線強(qiáng)度的計算與測量 1、強(qiáng)度計算、強(qiáng)度計算 衍射儀采用平板試樣不僅能產(chǎn)生聚焦作用，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還能使吸收因子擺脫 角的影響。衍射強(qiáng)度公式角的影響。衍射強(qiáng)度公式中吸收因數(shù)一項為中吸收因數(shù)一項為1/2 l ，所以多晶體衍射強(qiáng)度公，所以多晶體衍射強(qiáng)度公式為：式為：lmepfvvrcmeii 2)(32222034240 2、強(qiáng)度的測量、強(qiáng)度的測量 (1) 連續(xù)掃

11、描測量法連續(xù)掃描測量法 將計數(shù)器連接到計數(shù)率儀上，通過轉(zhuǎn)動連續(xù)測得某將計數(shù)器連接到計數(shù)率儀上，通過轉(zhuǎn)動連續(xù)測得某角度范圍內(nèi)的衍射強(qiáng)度。根據(jù)不同的要求可以測定整個角度范圍內(nèi)的衍射強(qiáng)度。根據(jù)不同的要求可以測定整個衍射花樣，也可以測定局部衍射線的分布，可以采用不衍射花樣，也可以測定局部衍射線的分布，可以采用不同的掃描速度。同的掃描速度。 (2) 階梯掃描測量法階梯掃描測量法 將計數(shù)器連接到定標(biāo)器上，通過手動方法預(yù)置于某將計數(shù)器連接到定標(biāo)器上，通過手動方法預(yù)置于某個個2 角測定強(qiáng)度，之后轉(zhuǎn)動一個很小的角度，逐點測角測定強(qiáng)度，之后轉(zhuǎn)動一個很小的角度，逐點測量所需要的衍射，并連成曲線。量所需要的衍射，并連

12、成曲線。五、五、 衍射峰位的確定方法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。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?？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、用衍射峰形的表觀最大值最大值所對應(yīng)的衍射角所對應(yīng)的衍射角2 作為衍作為衍 射峰位。射峰位。2、切線法切線法3、弦中點法和弦弦中點法和弦 中點連線法中點連線法4、三點拋物線法三點拋物線法5、重心法重心法 第四節(jié)第四節(jié) 點陣參數(shù)的精確測定點陣參數(shù)的精確測定 對于固溶體類型、溶解度曲線、宏觀應(yīng)力、過飽和對于固溶體類型、溶解度曲線、宏觀應(yīng)力、過飽和固溶體分解過

13、程的研究等都涉及到點陣參數(shù)的精確測固溶體分解過程的研究等都涉及到點陣參數(shù)的精確測量（變化在量（變化在10-5nm數(shù)量級）數(shù)量級）一、誤差來源一、誤差來源 以立方系為例：以立方系為例： sin2222lkha ：精確，有效數(shù)字可：精確，有效數(shù)字可達(dá)達(dá)7位，可認(rèn)為無誤差，位，可認(rèn)為無誤差，h、k、l無誤差，所無誤差，所以只有以只有sin 對布拉格方程對布拉格方程 2dsin = 2d= /sin 微分微分 2sincos2 d ctgdd說明說明 一定時一定時 d/d 二、圖解外推法二、圖解外推法 通過尋找適當(dāng)?shù)耐馔坪瘮?shù)外推得到精確的點通過尋找適當(dāng)?shù)耐馔坪瘮?shù)外推得到精確的點陣常數(shù)。陣常數(shù)。 2coskddaa )cossincos(21)(22 fa cos2 為線性為線性 外推至外推至 = /2 a a0三、最小二乘法三、最小二乘法 函數(shù)：函數(shù)： y=a+bx誤差：誤差：ei= (a+bxi)-yi22)(iiiybxae 求最