第四講 X射線衍射方法

1、現(xiàn)代材料物理研究方法現(xiàn)代材料物理研究方法 第四講第四講 X射線衍射的方法射線衍射的方法 n20世紀(jì)世紀(jì)50年代以前的年代以前的X射線衍射分析，絕大多數(shù)是利用底射線衍射分析，絕大多數(shù)是利用底 片來(lái)記錄衍射線的（即照相法）。片來(lái)記錄衍射線的（即照相法）。 n近幾十年來(lái)，用各種輻射探測(cè)器（即計(jì)數(shù)器）來(lái)記錄已日近幾十年來(lái)，用各種輻射探測(cè)器（即計(jì)數(shù)器）來(lái)記錄已日 趨普遍。目前專(zhuān)用的趨普遍。目前專(zhuān)用的X射線衍射儀已在各個(gè)主要領(lǐng)域中取射線衍射儀已在各個(gè)主要領(lǐng)域中取 代了照相法。衍射儀具有方便、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，它是代了照相法。衍射儀具有方便、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，它是 近年來(lái)晶體結(jié)構(gòu)分析的主要設(shè)備。近年來(lái)晶體結(jié)

2、構(gòu)分析的主要設(shè)備。 n近年來(lái)由于衍射儀與電子計(jì)算機(jī)的結(jié)合，從操作、測(cè)量到近年來(lái)由于衍射儀與電子計(jì)算機(jī)的結(jié)合，從操作、測(cè)量到 數(shù)據(jù)處理已大體上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。數(shù)據(jù)處理已大體上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。 X射線衍射的實(shí)驗(yàn)方案射線衍射的實(shí)驗(yàn)方案 從產(chǎn)生衍射的條件可以看出，并不是隨便把一個(gè)單晶體置于從產(chǎn)生衍射的條件可以看出，并不是隨便把一個(gè)單晶體置于X射線射線 照射下都能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，因?yàn)楦缮媲蛎嫱耆锌赡懿慌c倒易點(diǎn)陣相交。照射下都能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，因?yàn)楦缮媲蛎嫱耆锌赡懿慌c倒易點(diǎn)陣相交。 因此，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法時(shí)，一定要保證干涉球面能有充分的機(jī)會(huì)與倒易因此，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法時(shí)，一定要保證干涉球面能有充分的機(jī)會(huì)與倒易 點(diǎn)

3、陣相交，才能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。點(diǎn)陣相交，才能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。 X射線衍射的實(shí)驗(yàn)方案射線衍射的實(shí)驗(yàn)方案 n解決方案：解決方案： 干涉球面掃過(guò)某些倒易陣點(diǎn)，使干涉球永遠(yuǎn)有機(jī)會(huì)與干涉球面掃過(guò)某些倒易陣點(diǎn)，使干涉球永遠(yuǎn)有機(jī)會(huì)與 倒易陣點(diǎn)相交產(chǎn)生衍射。必須使干涉球或晶體之一處倒易陣點(diǎn)相交產(chǎn)生衍射。必須使干涉球或晶體之一處 于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或者相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。符合這樣條件的實(shí)于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或者相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。符合這樣條件的實(shí) 驗(yàn)方案有三種。驗(yàn)方案有三種。 n用單色（特征）用單色（特征）X射線照射轉(zhuǎn)動(dòng)的單晶體，使干涉球永遠(yuǎn)有射線照射轉(zhuǎn)動(dòng)的單晶體，使干涉球永遠(yuǎn)有 機(jī)會(huì)與某些倒易陣點(diǎn)相交機(jī)會(huì)與某些倒易陣點(diǎn)相交轉(zhuǎn)動(dòng)晶體法轉(zhuǎn)動(dòng)晶體

4、法。 n用多色（連續(xù)）用多色（連續(xù)）X射線照射固定不動(dòng)的單晶體。由于射線有射線照射固定不動(dòng)的單晶體。由于射線有 一定波長(zhǎng)范圍，即有一系列與之相對(duì)應(yīng)的干涉球連續(xù)分布在一定波長(zhǎng)范圍，即有一系列與之相對(duì)應(yīng)的干涉球連續(xù)分布在 一定的區(qū)域，凡是落到這個(gè)區(qū)域內(nèi)的倒易陣點(diǎn)都滿(mǎn)足衍射條一定的區(qū)域，凡是落到這個(gè)區(qū)域內(nèi)的倒易陣點(diǎn)都滿(mǎn)足衍射條 件。這種情況相當(dāng)于干涉球在一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，從而有機(jī)會(huì)件。這種情況相當(dāng)于干涉球在一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，從而有機(jī)會(huì) 與某些倒易陣點(diǎn)相交。這種實(shí)驗(yàn)方法稱(chēng)為與某些倒易陣點(diǎn)相交。這種實(shí)驗(yàn)方法稱(chēng)為勞埃法勞埃法。 n用單色（特征）用單色（特征）X射線照射多晶體試樣。多晶體中各晶粒的射線照射多晶體

5、試樣。多晶體中各晶粒的 取向是任意分布的，因此，固定不動(dòng)的多晶體就其晶粒間的取向是任意分布的，因此，固定不動(dòng)的多晶體就其晶粒間的 位相關(guān)系而言，相當(dāng)于單晶體轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。此類(lèi)方法總稱(chēng)為位相關(guān)系而言，相當(dāng)于單晶體轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。此類(lèi)方法總稱(chēng)為 多晶體衍射方法（粉末衍射法）多晶體衍射方法（粉末衍射法）。 X射線衍射的方法射線衍射的方法 X光入射線光入射線 試樣試樣 底片底片 透射法透射法 試樣試樣 X光入射線光入射線 背射法背射法 底片底片 干涉球干涉球 底片底片 勞埃照片上斑點(diǎn)的分布規(guī)律勞埃照片上斑點(diǎn)的分布規(guī)律 X光入射線光入射線 晶帶結(jié)點(diǎn)面晶帶結(jié)點(diǎn)面 晶帶曲線晶帶曲線 透射勞埃照片的愛(ài)瓦爾德圖解透射

6、勞埃照片的愛(ài)瓦爾德圖解 干涉球干涉球 底片底片 勞埃照片上斑點(diǎn)的分布規(guī)律勞埃照片上斑點(diǎn)的分布規(guī)律 X光入射線光入射線 晶帶結(jié)點(diǎn)面晶帶結(jié)點(diǎn)面 晶帶曲線晶帶曲線 背射勞埃照片的愛(ài)瓦爾德圖解背射勞埃照片的愛(ài)瓦爾德圖解 勞埃照片上斑點(diǎn)的分布規(guī)律勞埃照片上斑點(diǎn)的分布規(guī)律 p 正點(diǎn)陣中屬于同一晶帶的所有晶面，其倒易點(diǎn)陣分布在倒正點(diǎn)陣中屬于同一晶帶的所有晶面，其倒易點(diǎn)陣分布在倒 易點(diǎn)陣中一個(gè)過(guò)倒易原點(diǎn)的倒易面上。即倒易點(diǎn)陣中的一易點(diǎn)陣中一個(gè)過(guò)倒易原點(diǎn)的倒易面上。即倒易點(diǎn)陣中的一 個(gè)過(guò)原點(diǎn)的倒易面與正點(diǎn)陣中的一個(gè)晶帶相對(duì)應(yīng)。倒易面?zhèn)€過(guò)原點(diǎn)的倒易面與正點(diǎn)陣中的一個(gè)晶帶相對(duì)應(yīng)。倒易面 與干涉球相交，交線為圓。與干

7、涉球相交，交線為圓。 p 透射法中，與一個(gè)晶帶對(duì)應(yīng)的衍射斑點(diǎn)應(yīng)分布在一個(gè)橢圓透射法中，與一個(gè)晶帶對(duì)應(yīng)的衍射斑點(diǎn)應(yīng)分布在一個(gè)橢圓 上，即透射照片上的每個(gè)橢圓都與一個(gè)晶帶的衍射斑相對(duì)上，即透射照片上的每個(gè)橢圓都與一個(gè)晶帶的衍射斑相對(duì) 應(yīng)。應(yīng)。 p 背射法中，與一個(gè)晶帶對(duì)應(yīng)的勞埃斑點(diǎn)應(yīng)分布在底片的一背射法中，與一個(gè)晶帶對(duì)應(yīng)的勞埃斑點(diǎn)應(yīng)分布在底片的一 條雙曲線上，即背射勞埃照片上的每條雙曲線都與一個(gè)晶條雙曲線上，即背射勞埃照片上的每條雙曲線都與一個(gè)晶 帶的衍射斑相對(duì)應(yīng)。帶的衍射斑相對(duì)應(yīng)。 轉(zhuǎn)晶法轉(zhuǎn)晶法 p將單晶體的某個(gè)晶軸和某一重要晶向安放在與入射線相垂將單晶體的某個(gè)晶軸和某一重要晶向安放在與入射線相

8、垂 直的位置上，底片呈圓柱形圍在晶體四周，其中心線與晶直的位置上，底片呈圓柱形圍在晶體四周，其中心線與晶 體試樣選定的晶軸或晶向一致。實(shí)驗(yàn)時(shí)，晶體繞所選定的體試樣選定的晶軸或晶向一致。實(shí)驗(yàn)時(shí)，晶體繞所選定的 晶軸或晶向轉(zhuǎn)動(dòng)。晶軸或晶向轉(zhuǎn)動(dòng)。 在晶體中某一衍射面與入射線的掠射在晶體中某一衍射面與入射線的掠射 角符合角符合Bragg方程時(shí)，瞬間產(chǎn)生一束衍射線，在底片上形方程時(shí)，瞬間產(chǎn)生一束衍射線，在底片上形 成一個(gè)斑點(diǎn)。不可能所有的衍射面都產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。成一個(gè)斑點(diǎn)。不可能所有的衍射面都產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。 p主要用于測(cè)量未知晶體結(jié)構(gòu)。由于所用試樣為單晶體，并主要用于測(cè)量未知晶體結(jié)構(gòu)。由于所用試樣為單晶體

9、，并 且要知道晶體的晶軸或晶向，這在實(shí)際研究中較難實(shí)現(xiàn)，且要知道晶體的晶軸或晶向，這在實(shí)際研究中較難實(shí)現(xiàn)， 所以用的較少。所以用的較少。 粉晶法成像原理粉晶法成像原理 反射球反射球 倒易球倒易球 O* 粉末多晶體衍射原理粉末多晶體衍射原理 O 100 110 111 r*=1/dhkl 同族晶面同族晶面hkl一個(gè)倒易球一個(gè)倒易球 多晶體衍射花樣的形成多晶體衍射花樣的形成 德拜照相法德拜照相法 底片底片 試樣試樣 入射線入射線 2 德拜相機(jī)示意圖德拜相機(jī)示意圖 德拜照相機(jī)德拜照相機(jī) 試樣試樣 底片底片 后光闌后光闌 前光闌前光闌 入射入射X射線射線 熒光屏熒光屏 鉛玻璃鉛玻璃 光闌的結(jié)構(gòu)和作用光

10、闌的結(jié)構(gòu)和作用 前光闌（也稱(chēng)為準(zhǔn)直管光闌）前光闌（也稱(chēng)為準(zhǔn)直管光闌） n限制入射線的不平行度和固定入射線的尺寸和位置。由黃銅制成，包限制入射線的不平行度和固定入射線的尺寸和位置。由黃銅制成，包 含含兩個(gè)限光孔，出口為第三個(gè)限光孔。前兩個(gè)限光孔直徑一般為兩個(gè)限光孔，出口為第三個(gè)限光孔。前兩個(gè)限光孔直徑一般為0.2- 1.2mm，用來(lái)控制入射線的尺寸、位置和平行度；出口限光孔尺寸應(yīng)，用來(lái)控制入射線的尺寸、位置和平行度；出口限光孔尺寸應(yīng) 稍大于前兩個(gè)限光孔橫截面積，吸收并防止寄生散射。稍大于前兩個(gè)限光孔橫截面積，吸收并防止寄生散射。 n限光孔越細(xì)，衍射線條越細(xì)，質(zhì)量越好，但入射線能量也越少，會(huì)增限光

11、孔越細(xì)，衍射線條越細(xì)，質(zhì)量越好，但入射線能量也越少，會(huì)增 加曝光時(shí)間，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇適當(dāng)?shù)南薰饪壮叽?。加曝光時(shí)間，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇適當(dāng)?shù)南薰饪壮叽纭?后光闌（承光管）后光闌（承光管） n尾端安裝有鉛玻璃，其前放置一片熒光屏。調(diào)整相機(jī)時(shí)，可以透過(guò)鉛尾端安裝有鉛玻璃，其前放置一片熒光屏。調(diào)整相機(jī)時(shí)，可以透過(guò)鉛 玻璃觀察熒光屏顯示出來(lái)的入射線和試樣的相對(duì)位置。同時(shí)，鉛玻璃玻璃觀察熒光屏顯示出來(lái)的入射線和試樣的相對(duì)位置。同時(shí)，鉛玻璃 對(duì)對(duì)X射線有強(qiáng)烈的吸收作用，確保安全。射線有強(qiáng)烈的吸收作用，確保安全。 注意事項(xiàng)（前后光闌盡量靠近；死區(qū)）注意事項(xiàng)（前后光闌盡量靠近；死區(qū)） 德拜相機(jī)直徑的選取德拜

12、相機(jī)直徑的選取 德拜相機(jī)直徑一般為德拜相機(jī)直徑一般為57.3mm和和114.6mm nD= 57.3mm時(shí)，其周長(zhǎng)時(shí)，其周長(zhǎng)D=180mm，因?yàn)閳A心角為，因?yàn)閳A心角為360， 所以底片上每所以底片上每1mm長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)2圓心角；圓心角； nD= 114.6mm時(shí)，其周長(zhǎng)時(shí)，其周長(zhǎng)D=360mm，所以底片上每，所以底片上每1mm 長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)1圓心角；圓心角； n可使衍射花樣的計(jì)算簡(jiǎn)化?？墒寡苌浠拥挠?jì)算簡(jiǎn)化。 試樣制備及要求試樣制備及要求 對(duì)試樣的要求：對(duì)試樣的要求： n圓柱形的粉末物質(zhì)粘合體或者多晶體細(xì)絲圓柱形的粉末物質(zhì)粘合體或者多晶體細(xì)絲 n直徑小于直徑小于0.5mm、長(zhǎng)約、長(zhǎng)約1

13、0mm 獲得金屬及合金粉末的方法：獲得金屬及合金粉末的方法： n對(duì)非脆性樣品將其挫成粉末對(duì)非脆性樣品將其挫成粉末 n對(duì)脆性樣品可先將其打碎，然后碾磨成粉末對(duì)脆性樣品可先將其打碎，然后碾磨成粉末 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng): 粉末粉末顆粒大于顆粒大于10m，衍射線不連續(xù)；小于，衍射線不連續(xù)；小于100nm時(shí)，衍射線變寬，不時(shí)，衍射線變寬，不 利于分析工作。篩選兩相以上合金粉末時(shí)必須讓所有粉末通過(guò)篩選，保證組利于分析工作。篩選兩相以上合金粉末時(shí)必須讓所有粉末通過(guò)篩選，保證組 分的一致性。用機(jī)械方法得到的粉末具有很大內(nèi)應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致衍射線寬化，分的一致性。用機(jī)械方法得到的粉末具有很大內(nèi)應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致衍射線寬化，

14、應(yīng)在真空或保護(hù)性氣氛中退火消除內(nèi)應(yīng)力。對(duì)合金中微量相進(jìn)行分析時(shí)，要應(yīng)在真空或保護(hù)性氣氛中退火消除內(nèi)應(yīng)力。對(duì)合金中微量相進(jìn)行分析時(shí)，要 用電解萃取方法單獨(dú)分離出微量相，經(jīng)過(guò)清洗和真空干燥后作為試樣使用。用電解萃取方法單獨(dú)分離出微量相，經(jīng)過(guò)清洗和真空干燥后作為試樣使用。 試樣制備及要求試樣制備及要求 制備圓柱形試樣的方法：制備圓柱形試樣的方法： 用很細(xì)的玻璃絲（硼酸鋰鈹）上涂一薄層膠水等粘接劑，然后在粉用很細(xì)的玻璃絲（硼酸鋰鈹）上涂一薄層膠水等粘接劑，然后在粉 末中滾動(dòng)，做成粗細(xì)均勻的圓柱試樣；末中滾動(dòng)，做成粗細(xì)均勻的圓柱試樣； 將粉末填充在硼酸鋰鈹玻璃、醋酸纖維（或硝酸纖維）或石英等制將粉末填充

15、在硼酸鋰鈹玻璃、醋酸纖維（或硝酸纖維）或石英等制 成的毛細(xì)管中，得到所需尺寸的試樣。其中石英毛細(xì)管可用于高溫成的毛細(xì)管中，得到所需尺寸的試樣。其中石英毛細(xì)管可用于高溫 照相；照相； 將粉末用膠水調(diào)好填入金屬毛細(xì)管中，然后用金屬絲將粉末推出將粉末用膠水調(diào)好填入金屬毛細(xì)管中，然后用金屬絲將粉末推出2- 3mm長(zhǎng)作為試樣，余下部分連同金屬毛細(xì)管一起作為支撐柱，便長(zhǎng)作為試樣，余下部分連同金屬毛細(xì)管一起作為支撐柱，便 于往試樣臺(tái)上安裝；于往試樣臺(tái)上安裝； 金屬絲可以直接用來(lái)做試樣。但由于拉絲時(shí)產(chǎn)生擇優(yōu)取向，因此衍金屬絲可以直接用來(lái)做試樣。但由于拉絲時(shí)產(chǎn)生擇優(yōu)取向，因此衍 射線往往不連續(xù)。射線往往不連續(xù)。

16、 底片安裝方式底片安裝方式 入射線入射線 底片底片 試樣試樣 S S 2 2 W S 前反射前反射背反射背反射背反射背反射 S 背反射背反射前反射前反射前反射前反射 SK W 前反射前反射背反射背反射 正裝法正裝法 倒裝法倒裝法 不對(duì)稱(chēng)裝法不對(duì)稱(chēng)裝法 各種安裝方式衍射花樣的計(jì)算各種安裝方式衍射花樣的計(jì)算 n正裝法正裝法 底片中部開(kāi)孔讓后光闌穿過(guò)，開(kāi)口處在前光闌兩側(cè)。衍射花樣由一底片中部開(kāi)孔讓后光闌穿過(guò)，開(kāi)口處在前光闌兩側(cè)。衍射花樣由一 系列弧段構(gòu)成：系列弧段構(gòu)成： 290， 后反射衍射線后反射衍射線 測(cè)量同一衍射環(huán)的兩弧段間距離測(cè)量同一衍射環(huán)的兩弧段間距離S，可計(jì)算其衍射角。若相機(jī)半徑，可計(jì)算

17、其衍射角。若相機(jī)半徑R， 則：則： =S/4R （弧度）（弧度） 以度為單位：以度為單位： =S/4R180/=S/(4R) 57.3 因此，因此，2R=57.3mm時(shí)，時(shí)， =S/2 2R=114.6mm時(shí)，時(shí)，=S/4 各種安裝方式衍射花樣的計(jì)算各種安裝方式衍射花樣的計(jì)算 n倒裝法倒裝法 底片開(kāi)口在后光闌兩側(cè)，顯然，底片中部為背反射衍射線，底片開(kāi)口在后光闌兩側(cè)，顯然，底片中部為背反射衍射線， 兩端為前反射衍射線。兩端為前反射衍射線。衍射角按下式計(jì)算：衍射角按下式計(jì)算： 2-4=S/R =/2-S/4R（弧度）（弧度） 以度為單位，以度為單位，2R=57.3mm時(shí)時(shí)： =90-S/2 各種安

18、裝方式衍射花樣的計(jì)算各種安裝方式衍射花樣的計(jì)算 n不對(duì)稱(chēng)裝法不對(duì)稱(chēng)裝法 可以消除底片收縮和相機(jī)半徑誤差?？梢韵灼湛s和相機(jī)半徑誤差。 底片開(kāi)兩孔，分別被前、后光闌穿過(guò)，底片開(kāi)口置于相機(jī)底片開(kāi)兩孔，分別被前、后光闌穿過(guò)，底片開(kāi)口置于相機(jī) 一側(cè)。不難一側(cè)。不難看出，由前后反射弧對(duì)中心點(diǎn)的位置可求出底看出，由前后反射弧對(duì)中心點(diǎn)的位置可求出底 片上對(duì)應(yīng)片上對(duì)應(yīng)180圓心角的實(shí)際長(zhǎng)度圓心角的實(shí)際長(zhǎng)度W，于是可用，于是可用下式計(jì)算衍下式計(jì)算衍 射角：射角： 4/S=180/W （前反射）（前反射） （360-4）/S=180/W （后反射）（后反射） 德拜相機(jī)的分辨本領(lǐng)德拜相機(jī)的分辨本領(lǐng) n照相機(jī)的分

19、辨本領(lǐng)是指衍射花樣中兩條相鄰衍射線條分離照相機(jī)的分辨本領(lǐng)是指衍射花樣中兩條相鄰衍射線條分離 程度的定量表征。表示晶面間距變化時(shí)引起的衍射線條位程度的定量表征。表示晶面間距變化時(shí)引起的衍射線條位 置相對(duì)改變的靈敏程度。置相對(duì)改變的靈敏程度。 n德拜相機(jī)的分辨本領(lǐng)德拜相機(jī)的分辨本領(lǐng)可以表示為：可以表示為： =S/(d/d) 將布拉格方程改寫(xiě)為：將布拉格方程改寫(xiě)為：sin=n/(2d)，微分得：微分得： cos= - n/(2d2) d= -sin d /d 或者或者: d /d= -cot 對(duì)正裝法對(duì)正裝法: S=4R , 故：故： S=4R 所以：所以： =S/(d/d)= -4R tan 德拜

20、相機(jī)的分辨本領(lǐng)德拜相機(jī)的分辨本領(lǐng) n將上式與波長(zhǎng)聯(lián)系：將上式與波長(zhǎng)聯(lián)系： = -4R sin/(1-sin2 )1/2= -4R n/4d2- (n) 21/2 n從上式可以看出，相機(jī)分辨本領(lǐng)與以下因素有關(guān)：從上式可以看出，相機(jī)分辨本領(lǐng)與以下因素有關(guān)： 相機(jī)半徑越大，分辨本領(lǐng)越高。大直徑相機(jī)有優(yōu)勢(shì)，相機(jī)半徑越大，分辨本領(lǐng)越高。大直徑相機(jī)有優(yōu)勢(shì)， 但會(huì)增加曝光時(shí)間和空氣散射引起的衍射背景；但會(huì)增加曝光時(shí)間和空氣散射引起的衍射背景； 角角越大，分辨本領(lǐng)越高。衍射花樣中高角度線條的越大，分辨本領(lǐng)越高。衍射花樣中高角度線條的 K1 和和K2 雙線可以明顯分開(kāi)；雙線可以明顯分開(kāi)； X射線波長(zhǎng)越大，分辨本

21、領(lǐng)越高；射線波長(zhǎng)越大，分辨本領(lǐng)越高； 面間距越大，分辨本領(lǐng)越低。分析大晶胞試樣時(shí)，應(yīng)面間距越大，分辨本領(lǐng)越低。分析大晶胞試樣時(shí)，應(yīng) 盡量采用長(zhǎng)波長(zhǎng)盡量采用長(zhǎng)波長(zhǎng)X射線源，以便抵償由于晶胞過(guò)大對(duì)射線源，以便抵償由于晶胞過(guò)大對(duì) 分辨本領(lǐng)的不良影響。分辨本領(lǐng)的不良影響。 德拜照相法總結(jié)德拜照相法總結(jié) 德拜法記錄的衍射角范圍大，衍射環(huán)的形貌能直觀地反德拜法記錄的衍射角范圍大，衍射環(huán)的形貌能直觀地反 映晶體內(nèi)部組織的一些特點(diǎn)（如亞晶尺寸、微觀應(yīng)力、擇映晶體內(nèi)部組織的一些特點(diǎn)（如亞晶尺寸、微觀應(yīng)力、擇 優(yōu)取向等），衍射線的誤差分析簡(jiǎn)單且容易消除，可以達(dá)優(yōu)取向等），衍射線的誤差分析簡(jiǎn)單且容易消除，可以達(dá) 到

22、相當(dāng)高的測(cè)量精度；其缺點(diǎn)是衍射強(qiáng)度低，需要較長(zhǎng)的到相當(dāng)高的測(cè)量精度；其缺點(diǎn)是衍射強(qiáng)度低，需要較長(zhǎng)的 曝光時(shí)間。曝光時(shí)間。 衍射儀法衍射儀法 n衍射儀法是利用衍射儀測(cè)量和記錄試樣衍射儀法是利用衍射儀測(cè)量和記錄試樣X(jué)光衍射線的方法。光衍射線的方法。 nX射線衍射儀是按照晶體對(duì)射線衍射儀是按照晶體對(duì)X射線衍射的幾何原理設(shè)計(jì)制造。射線衍射的幾何原理設(shè)計(jì)制造。 測(cè)試過(guò)程中，由測(cè)試過(guò)程中，由X射線管發(fā)射出的射線管發(fā)射出的X射線照射到試樣上產(chǎn)生射線照射到試樣上產(chǎn)生 衍射現(xiàn)象，由輻射探測(cè)器接收衍射線的衍射現(xiàn)象，由輻射探測(cè)器接收衍射線的X射線光子，經(jīng)測(cè)量射線光子，經(jīng)測(cè)量 電路放大處理后在顯示或者記錄裝置上給出精

23、確的衍射線電路放大處理后在顯示或者記錄裝置上給出精確的衍射線 位置、強(qiáng)度和線形等衍射信息。位置、強(qiáng)度和線形等衍射信息。 X射線衍射儀的發(fā)展射線衍射儀的發(fā)展 n1912年布拉格最先使用電離室探測(cè)年布拉格最先使用電離室探測(cè)X射線衍射信息；射線衍射信息； n1913年布拉格測(cè)定年布拉格測(cè)定NaCl等晶體結(jié)構(gòu)的等晶體結(jié)構(gòu)的X射線分光計(jì)（雛形）射線分光計(jì)（雛形） n1943年弗里德曼設(shè)計(jì)了最初的近代年弗里德曼設(shè)計(jì)了最初的近代X射線衍射儀；射線衍射儀； n二十世紀(jì)五十年代二十世紀(jì)五十年代X射線衍射儀得到了普及應(yīng)用，射線衍射儀得到了普及應(yīng)用，1952年國(guó)年國(guó) 際結(jié)晶學(xué)協(xié)會(huì)設(shè)備委員會(huì)正式命名為際結(jié)晶學(xué)協(xié)會(huì)設(shè)備

24、委員會(huì)正式命名為X射線衍射儀；射線衍射儀； n隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，促使現(xiàn)代電子學(xué)、集成電路和電子計(jì)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，促使現(xiàn)代電子學(xué)、集成電路和電子計(jì) 算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)一步與算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)一步與X射線衍射技術(shù)結(jié)合，使射線衍射技術(shù)結(jié)合，使X射線衍射線衍 射儀向射儀向強(qiáng)光源、高穩(wěn)定、高分辨、多功能和全自動(dòng)強(qiáng)光源、高穩(wěn)定、高分辨、多功能和全自動(dòng)的聯(lián)合組的聯(lián)合組 機(jī)方向發(fā)展，可以自動(dòng)地給出大多數(shù)衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果。機(jī)方向發(fā)展，可以自動(dòng)地給出大多數(shù)衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 X射線衍射儀的基本組成射線衍射儀的基本組成 多晶衍射儀的組成多晶衍射儀的組成 n當(dāng)然少不了當(dāng)然少不了X射線的發(fā)生裝置射線的發(fā)生裝置-X光管光管；

25、n為了使為了使X射線照射到被測(cè)樣品上需要有一個(gè)射線照射到被測(cè)樣品上需要有一個(gè)樣品樣品 臺(tái)臺(tái)； n為了接受由樣品表面產(chǎn)生的衍射線需要有一個(gè)為了接受由樣品表面產(chǎn)生的衍射線需要有一個(gè)射射 線探測(cè)器線探測(cè)器，而且這個(gè)探測(cè)器應(yīng)當(dāng)安放在適當(dāng)?shù)慕牵疫@個(gè)探測(cè)器應(yīng)當(dāng)安放在適當(dāng)?shù)慕?度上，度上，測(cè)角儀測(cè)角儀 n檢測(cè)系統(tǒng)，正比計(jì)數(shù)器檢測(cè)系統(tǒng)，正比計(jì)數(shù)器等等 測(cè)角儀構(gòu)造示意圖測(cè)角儀構(gòu)造示意圖 逆時(shí)針逆時(shí)針?lè)较颍悍较颍?00 順時(shí)針?lè)较颍喉槙r(shí)針?lè)较颍?65 絕對(duì)精度：絕對(duì)精度： 0.01 測(cè)角儀的光學(xué)布置測(cè)角儀的光學(xué)布置 索拉狹縫索拉狹縫 限制射線垂直方向發(fā)散度限制射線垂直方向發(fā)散度 發(fā)散狹縫發(fā)散狹縫 限制水平發(fā)散

26、度限制水平發(fā)散度 防散射狹縫防散射狹縫 接收狹縫接收狹縫 探測(cè)器探測(cè)器 n正比計(jì)數(shù)器正比計(jì)數(shù)器 n閃爍計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器 n位敏正比計(jì)數(shù)器位敏正比計(jì)數(shù)器 n新型探測(cè)器新型探測(cè)器 正比計(jì)數(shù)器正比計(jì)數(shù)器 R2 R1 金屬絲（陽(yáng)極）金屬絲（陽(yáng)極） 至高壓電源至高壓電源 至前置放大器至前置放大器 鈹窗口鈹窗口 入射線入射線 金屬筒（陰極）金屬筒（陰極） 惰性氣體惰性氣體1010甲烷或甲烷或1 1氯氣氯氣 6006001000V1000V 反應(yīng)速度快，馳豫時(shí)間短，反應(yīng)速度快，馳豫時(shí)間短，10106 6/s(10/s(106 6cps)cps) 閃爍計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器 少量鉈活化的碘化鈉少量鉈活化的碘化鈉 伏

27、特級(jí)，伏特級(jí)，10105 5cpscps 固有電子發(fā)射固有電子發(fā)射 位敏正比計(jì)數(shù)器位敏正比計(jì)數(shù)器 n一般使用絲狀位敏計(jì)數(shù)器。它是在一般正比計(jì)數(shù)器中心軸上安裝一根一般使用絲狀位敏計(jì)數(shù)器。它是在一般正比計(jì)數(shù)器中心軸上安裝一根 細(xì)長(zhǎng)的高電阻絲制成的。因?yàn)檎扔?jì)數(shù)器接收細(xì)長(zhǎng)的高電阻絲制成的。因?yàn)檎扔?jì)數(shù)器接收X射線光子時(shí)，只在其射線光子時(shí)，只在其 接收位置產(chǎn)生局部電子雪崩效應(yīng)，所形成的電脈沖向計(jì)數(shù)器兩端輸出，接收位置產(chǎn)生局部電子雪崩效應(yīng)，所形成的電脈沖向計(jì)數(shù)器兩端輸出， 不同位置產(chǎn)生的脈沖與兩端距離不等，因此不同脈沖之間產(chǎn)生一定的不同位置產(chǎn)生的脈沖與兩端距離不等，因此不同脈沖之間產(chǎn)生一定的 時(shí)間差。這

28、個(gè)時(shí)間差使正比計(jì)數(shù)器在芯線方向具有位置分辨能力。利時(shí)間差。這個(gè)時(shí)間差使正比計(jì)數(shù)器在芯線方向具有位置分辨能力。利 用一套相應(yīng)的電子測(cè)量系統(tǒng)可以同時(shí)記錄下輸入的用一套相應(yīng)的電子測(cè)量系統(tǒng)可以同時(shí)記錄下輸入的X射線光子數(shù)目和射線光子數(shù)目和 能量以及它們?cè)谟?jì)數(shù)器被吸收的位置。能量以及它們?cè)谟?jì)數(shù)器被吸收的位置。 n50mm芯絲能同時(shí)測(cè)量芯絲能同時(shí)測(cè)量12范圍。范圍。 n適用于高速記錄衍射花樣，測(cè)量瞬時(shí)變化的研究對(duì)象（如相變），測(cè)適用于高速記錄衍射花樣，測(cè)量瞬時(shí)變化的研究對(duì)象（如相變），測(cè) 量那些易于隨時(shí)間而變得不穩(wěn)定的試樣和容易受量那些易于隨時(shí)間而變得不穩(wěn)定的試樣和容易受X射線照射損傷的試射線照射損傷的試

29、 樣，測(cè)量那些微量試樣和強(qiáng)度弱的衍射信息（如漫散射）。樣，測(cè)量那些微量試樣和強(qiáng)度弱的衍射信息（如漫散射）。 新型探測(cè)器新型探測(cè)器 Si（Li）探測(cè)器）探測(cè)器 u最早出現(xiàn)的半導(dǎo)體探測(cè)器。一般需要液氮制冷（不工作也最早出現(xiàn)的半導(dǎo)體探測(cè)器。一般需要液氮制冷（不工作也 需要），體積大，應(yīng)用不方便。需要），體積大，應(yīng)用不方便。 u近年來(lái)出現(xiàn)了電制冷近年來(lái)出現(xiàn)了電制冷Si（Li）探測(cè)器，仍需制冷到）探測(cè)器，仍需制冷到-90， 并且運(yùn)輸時(shí)也要維持離子真空泵的工作，使用不便。并且運(yùn)輸時(shí)也要維持離子真空泵的工作，使用不便。 u一般能量分辨可達(dá)一般能量分辨可達(dá)150eV150eV，可工作的計(jì)數(shù)率一般為幾千，可工作

30、的計(jì)數(shù)率一般為幾千cpscps。 新型探測(cè)器新型探測(cè)器 Si PIN 探測(cè)器探測(cè)器 u發(fā)射到火星上的探測(cè)器。發(fā)射到火星上的探測(cè)器。 u電制冷，體積小重量輕，只需要冷卻到電制冷，體積小重量輕，只需要冷卻到-20。 u分辨率仍較差，一般能量分辨可達(dá)分辨率仍較差，一般能量分辨可達(dá)250eV250eV，最新的可到，最新的可到 158eV158eV。 u對(duì)輕元素分辨率較差，一般可用在對(duì)輕元素分辨率較差，一般可用在AlAl及以后的元素探測(cè)。及以后的元素探測(cè)。 新型探測(cè)器新型探測(cè)器 SDD 探測(cè)器探測(cè)器 u硅漂移探測(cè)器（硅漂移探測(cè)器（Sillicon Drift Detector），最近十年出現(xiàn)），最近十年

31、出現(xiàn) 的新型半導(dǎo)體探測(cè)器，首先為空間科學(xué)開(kāi)發(fā)的。的新型半導(dǎo)體探測(cè)器，首先為空間科學(xué)開(kāi)發(fā)的。 u電制冷，只需要冷卻到電制冷，只需要冷卻到-10，常溫下也可工作，但分辨，常溫下也可工作，但分辨 率較差。率較差。 u一般能量分辨優(yōu)于一般能量分辨優(yōu)于200eV200eV，最新的可到，最新的可到127eV127eV。 u高計(jì)數(shù)率，一般可工作在高計(jì)數(shù)率，一般可工作在100000-200000cps100000-200000cps計(jì)數(shù)率下，為計(jì)數(shù)率下，為 縮短測(cè)量時(shí)間及提高測(cè)量精度提供了保證?？s短測(cè)量時(shí)間及提高測(cè)量精度提供了保證。 新型探測(cè)器新型探測(cè)器 CCD 探測(cè)器探測(cè)器 u受空間科學(xué)、軟受空間科學(xué)、軟X射線及射線及X射線偏振的刺激而發(fā)展，適于射線偏振的刺激而發(fā)展，適于 檢測(cè)軟檢測(cè)軟X射線，易于制成多位元陣列。射線，易于制成多位元陣列。 uCCD的二維檢測(cè)技術(shù)可檢測(cè)單個(gè)的二維檢測(cè)技術(shù)可檢測(cè)單個(gè)X射線光子產(chǎn)生的電荷云射線光子產(chǎn)生的電荷云 的形狀，以極佳的分辨率直接定量觀測(cè)的形狀，以極佳的分辨率直接定量觀測(cè)X射