第三章 多晶體X射線衍射方法

1、第三章第三章 多晶體多晶體X射線衍射分析方法射線衍射分析方法 n分類分類 按成像原理可分為勞厄法、粉末法和周轉(zhuǎn)按成像原理可分為勞厄法、粉末法和周轉(zhuǎn) 晶體法。晶體法。粉末衍射法按記錄方式可分為照相法和衍粉末衍射法按記錄方式可分為照相法和衍 射儀法射儀法。 X射線衍射方法射線衍射方法 單晶分單晶分 析法析法 第三章第三章 多晶體多晶體X射線衍射分析方法射線衍射分析方法 n3.1 德拜照相法德拜照相法 n3.2 X射線衍射儀法射線衍射儀法 德拜照相法德拜照相法 n照相法照相法 n以光源（以光源（X射線管）發(fā)出的特征射線管）發(fā)出的特征X射線照射線照 射多晶體樣品使之發(fā)生衍射，用照相底片記錄射多晶體樣品

2、使之發(fā)生衍射，用照相底片記錄 衍射花樣的方法。按底片與樣品位置不同分為衍射花樣的方法。按底片與樣品位置不同分為 三種：三種： 德拜法德拜法樣品位于中心，與底片同軸安放樣品位于中心，與底片同軸安放 聚焦法聚焦法樣品與底片安裝在同一圓周上樣品與底片安裝在同一圓周上 平板底片法平板底片法底片垂直入射底片垂直入射X射線安放射線安放 德拜照相法德拜照相法 n3.1 德拜照相法德拜照相法 n衍射原理衍射原理粉末多晶衍射原理粉末多晶衍射原理 n衍射花樣衍射花樣一系列衍射弧對(duì)，其實(shí)質(zhì)為衍射圓一系列衍射弧對(duì)，其實(shí)質(zhì)為衍射圓 錐與底片的交線錐與底片的交線。 德拜照相法德拜照相法 n3.1.1 德拜相機(jī)德拜相機(jī) n

3、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 右圖為實(shí)驗(yàn)用德拜相機(jī)實(shí)物照片，其結(jié)構(gòu)主要有右圖為實(shí)驗(yàn)用德拜相機(jī)實(shí)物照片，其結(jié)構(gòu)主要有 相機(jī)圓筒、光闌、承光管和位于相機(jī)中心的試樣相機(jī)圓筒、光闌、承光管和位于相機(jī)中心的試樣 架構(gòu)成。架構(gòu)成。 3.2 X射線衍射儀法射線衍射儀法 nX射線衍射儀是廣泛使用的射線衍射儀是廣泛使用的X射線衍射裝置?，F(xiàn)射線衍射裝置?，F(xiàn) 代衍射儀如圖示。其主要組成部分包括：代衍射儀如圖示。其主要組成部分包括：X射線射線 發(fā)生裝置、測(cè)角儀、輻射探測(cè)器和測(cè)量系統(tǒng)及計(jì)發(fā)生裝置、測(cè)角儀、輻射探測(cè)器和測(cè)量系統(tǒng)及計(jì) 算機(jī)、打印機(jī)等算機(jī)、打印機(jī)等。 n衍射儀法與德拜法主要區(qū)別有：衍射儀法與德拜法主要區(qū)別有： X射線衍射儀法射線

4、衍射儀法 在接收在接收X射線方面，衍射儀用輻射探測(cè)器沿測(cè)角射線方面，衍射儀用輻射探測(cè)器沿測(cè)角 儀圓周運(yùn)動(dòng)逐一接收和記錄每一個(gè)衍射線的位置和儀圓周運(yùn)動(dòng)逐一接收和記錄每一個(gè)衍射線的位置和 強(qiáng)度；德拜法使用底片同時(shí)接收所有衍射圓錐，記強(qiáng)度；德拜法使用底片同時(shí)接收所有衍射圓錐，記 錄其位置和強(qiáng)度。錄其位置和強(qiáng)度。 試樣形狀不同，衍射儀是平板狀式樣，德拜法是試樣形狀不同，衍射儀是平板狀式樣，德拜法是 細(xì)絲狀試樣。細(xì)絲狀試樣。 衍射儀具有使用方便，自動(dòng)化程度高，尤其與計(jì)衍射儀具有使用方便，自動(dòng)化程度高，尤其與計(jì) 算機(jī)結(jié)合，使得衍射儀在強(qiáng)度測(cè)量、花樣標(biāo)定、物算機(jī)結(jié)合，使得衍射儀在強(qiáng)度測(cè)量、花樣標(biāo)定、物 相分

5、析上具有更好的性能。相分析上具有更好的性能。 n3.2.1 測(cè)角儀測(cè)角儀 n 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) n 樣品臺(tái)樣品臺(tái) n位于測(cè)角儀中心，可繞位于測(cè)角儀中心，可繞O軸轉(zhuǎn)動(dòng)，用于安放樣軸轉(zhuǎn)動(dòng)，用于安放樣 品。品。 X射線衍射儀法射線衍射儀法 X射線衍射儀法射線衍射儀法 n 輻射探測(cè)器輻射探測(cè)器 n位于測(cè)角儀圓周上，可沿圓周運(yùn)動(dòng)。工作時(shí)，探測(cè)位于測(cè)角儀圓周上，可沿圓周運(yùn)動(dòng)。工作時(shí)，探測(cè) 器與樣品以器與樣品以2 1角速度運(yùn)動(dòng)，保證接收到衍射線。角速度運(yùn)動(dòng)，保證接收到衍射線。 探測(cè)器接收的是那些與樣品表面平行的晶面的衍射探測(cè)器接收的是那些與樣品表面平行的晶面的衍射 線，與表面不平線，與表面不平 行的晶面的衍射行的晶

6、面的衍射 線不能進(jìn)入探測(cè)線不能進(jìn)入探測(cè) 器。器。 輻射探測(cè)器輻射探測(cè)器 X射線衍射儀射線衍射儀 n X射線源射線源 S 線狀光源線狀光源 n由由X射線發(fā)生器產(chǎn)生，其線狀焦斑位于測(cè)角儀圓射線發(fā)生器產(chǎn)生，其線狀焦斑位于測(cè)角儀圓 周上固定不動(dòng)。周上固定不動(dòng)。 X射線源射線源 n 光闌光闌限制限制 X 射線發(fā)散度射線發(fā)散度 n2、 工作過程工作過程 n探測(cè)器由低角向高角轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，探測(cè)器由低角向高角轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，逐一接收和記逐一接收和記 錄不同錄不同HKL面的衍射線位置（面的衍射線位置（2）和強(qiáng)度。）和強(qiáng)度。 n掃描范圍掃描范圍 -20 +165 3.2 X射線衍射儀法射線衍射儀法 光路布置光路布置

7、 n3、 光路布置光路布置 nX射線線狀焦斑射線線狀焦斑S發(fā)出的發(fā)出的X射線進(jìn)入射線進(jìn)入梭拉光闌梭拉光闌S1和和狹狹 縫光闌縫光闌DS照射到試樣表面，產(chǎn)生的照射到試樣表面，產(chǎn)生的X射線經(jīng)射線經(jīng)狹縫光狹縫光 闌闌RS和和梭拉光闌梭拉光闌S2和和防發(fā)散光闌防發(fā)散光闌SS在在F處聚焦而進(jìn)處聚焦而進(jìn) 入探測(cè)入探測(cè) 器。器。 入射線光路入射線光路 衍射線光路衍射線光路 n 梭拉光闌梭拉光闌 n由一組相互平行重金屬體（鉬或鉭）構(gòu)成，每片厚度由一組相互平行重金屬體（鉬或鉭）構(gòu)成，每片厚度 約約0.05mm，片間距為，片間距為0.5mm。主要是為了限制主要是為了限制X射線射線 在垂直方向的發(fā)散度。在垂直方向的

8、發(fā)散度。 n 狹縫光闌狹縫光闌 nDS 限制入射線照射寬度限制入射線照射寬度。寬度（以度來計(jì)量）越。寬度（以度來計(jì)量）越 大，通過的大，通過的X射線越多，照射試樣面積越大。射線越多，照射試樣面積越大。 nRS和和SS 限制衍射線限制衍射線。RS限制衍射線寬度，限制衍射線寬度，SS進(jìn)一進(jìn)一 步遮擋其他散射線，兩者應(yīng)選擇同樣寬度，以保持發(fā)步遮擋其他散射線，兩者應(yīng)選擇同樣寬度，以保持發(fā) 散度一致。散度一致。 n狹縫光闌大小將影響探測(cè)結(jié)果，狹縫寬度增大時(shí)，狹縫光闌大小將影響探測(cè)結(jié)果，狹縫寬度增大時(shí)，X 射線接收量增大，射線接收量增大，X射線強(qiáng)度提高，但衍射花樣背底射線強(qiáng)度提高，但衍射花樣背底 同時(shí)也增

9、大，分辨率下降。同時(shí)也增大，分辨率下降。 3.2 X射線衍射儀法射線衍射儀法 n4、 聚焦圓聚焦圓 n試樣位于測(cè)角儀圓心，而光源試樣位于測(cè)角儀圓心，而光源S和接收光闌和接收光闌F又位于同一測(cè)又位于同一測(cè) 角儀圓周上。因此，角儀圓周上。因此，試樣、光源和光闌必須位于同一圓周上試樣、光源和光闌必須位于同一圓周上 才能獲得足夠高的衍射強(qiáng)度和分辨率才能獲得足夠高的衍射強(qiáng)度和分辨率。此圓周稱為聚焦圓。此圓周稱為聚焦圓。 n如圖示，經(jīng)計(jì)算聚焦圓半徑如圖示，經(jīng)計(jì)算聚焦圓半徑 r=R/2sin，由于，由于R固定固定 不變，則不變，則 r 隨隨變化而變化而 變化，即變化，即聚焦圓的大小在聚焦圓的大小在 測(cè)角儀工

10、作過程中是不斷測(cè)角儀工作過程中是不斷 變化的。變化的。 n問題問題：聚焦圓半徑不斷變化，：聚焦圓半徑不斷變化， 如何保證聚焦效果？如何保證聚焦效果？ 3.2 X射線衍射儀法射線衍射儀法 R r n3.2.2 探測(cè)器與記錄系統(tǒng)探測(cè)器與記錄系統(tǒng) n輻射探測(cè)器是接收樣品發(fā)射的輻射探測(cè)器是接收樣品發(fā)射的X射線（射線（X光子），光子）， 并將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)（瞬時(shí)脈沖）的裝置。并將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)（瞬時(shí)脈沖）的裝置。 n常用探測(cè)器有：正比計(jì)數(shù)器、蓋革管、閃爍計(jì)數(shù)常用探測(cè)器有：正比計(jì)數(shù)器、蓋革管、閃爍計(jì)數(shù) 器、器、Si（Li）半導(dǎo)體探測(cè)器和位敏探測(cè)器等。）半導(dǎo)體探測(cè)器和位敏探測(cè)器等。 3.2 X射線衍

11、射儀法射線衍射儀法 輻射探測(cè)器輻射探測(cè)器 n 正比計(jì)數(shù)器正比計(jì)數(shù)器 n 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) n如圖示，由金屬圓筒（陰極）和位于圓筒軸線上的如圖示，由金屬圓筒（陰極）和位于圓筒軸線上的 金屬絲（陽極）構(gòu)成，兩極間加一定電壓，圓筒內(nèi)金屬絲（陽極）構(gòu)成，兩極間加一定電壓，圓筒內(nèi) 充有惰性充有惰性 氣體。氣體。 n 工作原理工作原理電子電子“雪崩效應(yīng)雪崩效應(yīng)” nX光子由窗口進(jìn)入管內(nèi)使氣體電離，電離產(chǎn)生的電子光子由窗口進(jìn)入管內(nèi)使氣體電離，電離產(chǎn)生的電子 和離子分別向兩極運(yùn)動(dòng)。電子在運(yùn)動(dòng)過程中被兩極間和離子分別向兩極運(yùn)動(dòng)。電子在運(yùn)動(dòng)過程中被兩極間 電壓加速，獲得更高能量。當(dāng)兩極間電壓維持在電壓加速，獲得更高能量。

12、當(dāng)兩極間電壓維持在 600900V時(shí)，電子具有足夠的能量，與氣體分子碰時(shí)，電子具有足夠的能量，與氣體分子碰 撞，使其進(jìn)一步電離，而新產(chǎn)生的電子又可再使氣體撞，使其進(jìn)一步電離，而新產(chǎn)生的電子又可再使氣體 分子電離。如此反復(fù)，在極短時(shí)間內(nèi)（分子電離。如此反復(fù)，在極短時(shí)間內(nèi)（1s），產(chǎn)），產(chǎn) 生大量電子涌到陽極，生大量電子涌到陽極， 此時(shí)，輸出端有電流產(chǎn)此時(shí)，輸出端有電流產(chǎn) 生，計(jì)數(shù)器檢測(cè)到電壓生，計(jì)數(shù)器檢測(cè)到電壓 脈沖。脈沖。 3.2 X射線衍射儀法射線衍射儀法 n正比計(jì)數(shù)器輸出的脈沖大小與入射正比計(jì)數(shù)器輸出的脈沖大小與入射X光子能量成正比光子能量成正比。 n 性能性能 n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)速度快，對(duì)

13、脈沖響應(yīng)時(shí)間最短為：反應(yīng)速度快，對(duì)脈沖響應(yīng)時(shí)間最短為10-6S， 漏計(jì)數(shù)低，性能穩(wěn)定，能量分辨率高，脈沖背底低。漏計(jì)數(shù)低，性能穩(wěn)定，能量分辨率高，脈沖背底低。 n缺點(diǎn)缺點(diǎn)：對(duì)溫度敏感，需要高度穩(wěn)定電壓。：對(duì)溫度敏感，需要高度穩(wěn)定電壓。 3.2 X射線衍射儀法射線衍射儀法 n 閃爍計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器 n利用利用X射線作用在某些物質(zhì)（磷光體）上產(chǎn)生可見射線作用在某些物質(zhì)（磷光體）上產(chǎn)生可見 熒光，并通過光電倍增管來接收的探測(cè)器，熒光，并通過光電倍增管來接收的探測(cè)器，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 如圖。如圖。 3.2 X射線衍射儀法射線衍射儀法 3.2 X射線衍射儀法射線衍射儀法 n 工作原理工作原理 nX射線照射到磷光

14、晶體上時(shí)，產(chǎn)生藍(lán)色可見熒光，射線照射到磷光晶體上時(shí)，產(chǎn)生藍(lán)色可見熒光， 熒光照射到光敏陰極上產(chǎn)生光電子，光電子經(jīng)光熒光照射到光敏陰極上產(chǎn)生光電子，光電子經(jīng)光 電倍增管的增益作用，最后出來的電子可達(dá)到電倍增管的增益作用，最后出來的電子可達(dá)到 106107個(gè)，從而產(chǎn)生足夠的電壓脈沖（毫伏級(jí)）。個(gè)，從而產(chǎn)生足夠的電壓脈沖（毫伏級(jí)）。 3.2 X射線衍射儀法射線衍射儀法 n 性能性能 n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：效率高，分辨時(shí)間短，產(chǎn)生的脈沖高度：效率高，分辨時(shí)間短，產(chǎn)生的脈沖高度 與入射與入射X光子能量成正比。光子能量成正比。 n缺點(diǎn)缺點(diǎn)：背底脈沖高，易產(chǎn)生：背底脈沖高，易產(chǎn)生“無照電流無照電流”；磷；磷 光體易受

15、潮分解。光體易受潮分解。 n3、計(jì)數(shù)測(cè)量電路、計(jì)數(shù)測(cè)量電路 n將探測(cè)器接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并進(jìn)行計(jì)將探測(cè)器接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并進(jìn)行計(jì) 量，輸出可讀取數(shù)據(jù)的電子電路量，輸出可讀取數(shù)據(jù)的電子電路。主要由。主要由脈沖高脈沖高 度分析器、定標(biāo)器和計(jì)數(shù)率儀度分析器、定標(biāo)器和計(jì)數(shù)率儀組成。組成。 3.2 X射線衍射儀法射線衍射儀法 輻射探測(cè)器輻射探測(cè)器 計(jì)數(shù)測(cè)量電路計(jì)數(shù)測(cè)量電路 n 脈沖幅度分析器脈沖幅度分析器 n對(duì)探測(cè)器輸出的脈沖進(jìn)行甄別，剔除干擾脈沖以降對(duì)探測(cè)器輸出的脈沖進(jìn)行甄別，剔除干擾脈沖以降 低背底，提高峰背比低背底，提高峰背比。 n 定標(biāo)器定標(biāo)器 n對(duì)甄別后的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的電路。有兩種工

16、作方式：對(duì)甄別后的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的電路。有兩種工作方式： n定時(shí)計(jì)數(shù)定時(shí)計(jì)數(shù)給定時(shí)間，記錄測(cè)量接收的脈沖數(shù)。給定時(shí)間，記錄測(cè)量接收的脈沖數(shù)。 n定數(shù)計(jì)時(shí)定數(shù)計(jì)時(shí)給定脈沖數(shù)，記算所需時(shí)間，多用于給定脈沖數(shù)，記算所需時(shí)間，多用于 精確進(jìn)行衍射線形分析或漫散射測(cè)量等特殊場(chǎng)合。精確進(jìn)行衍射線形分析或漫散射測(cè)量等特殊場(chǎng)合。 n定標(biāo)器測(cè)量精度誤差服從統(tǒng)計(jì)誤差理論，測(cè)量總數(shù)定標(biāo)器測(cè)量精度誤差服從統(tǒng)計(jì)誤差理論，測(cè)量總數(shù) 越大，越精確。越大，越精確。 n 計(jì)數(shù)率器計(jì)數(shù)率器 n測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)，將其轉(zhuǎn)換成與單位時(shí)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)，將其轉(zhuǎn)換成與單位時(shí) 間內(nèi)的脈沖數(shù)成正比的直流電壓輸出。間內(nèi)的脈沖數(shù)成正比的直流

17、電壓輸出。由由脈沖整形脈沖整形 電路、電路、RC積分電路積分電路和和電壓測(cè)量電路電壓測(cè)量電路組成。組成。 n 工作過程工作過程 n經(jīng)甄別后的脈沖經(jīng)甄別后的脈沖脈沖整形電路脈沖整形電路矩形脈沖矩形脈沖RC 積分積分電路電路輸出平均電壓，并用毫伏計(jì)計(jì)量輸出平均電壓，并用毫伏計(jì)計(jì)量衍射衍射 圖譜。圖譜。 3.2 X射線衍射儀法射線衍射儀法 n3.2.3 實(shí)驗(yàn)條件選擇實(shí)驗(yàn)條件選擇 n 試樣試樣 n衍射儀使用衍射儀使用平板狀樣品平板狀樣品，可以是金屬、非金屬的，可以是金屬、非金屬的 塊狀、片狀或各種粉末。塊狀、片狀或各種粉末。 n 塊狀、片狀直接黏結(jié)在試樣架上，保持一個(gè)平塊狀、片狀直接黏結(jié)在試樣架上，保

18、持一個(gè)平 面與框架平面平行。面與框架平面平行。 n 粉末狀試樣用膠黏劑調(diào)和后，填入試樣架凹槽粉末狀試樣用膠黏劑調(diào)和后，填入試樣架凹槽 中，將粉末表面刮平與框架平面一致。中，將粉末表面刮平與框架平面一致。 3.2 X射線衍射儀法射線衍射儀法 X射線衍射儀法射線衍射儀法 n試樣對(duì)晶粒大小、試樣厚度、應(yīng)力狀態(tài)、擇優(yōu)取向和試樣對(duì)晶粒大小、試樣厚度、應(yīng)力狀態(tài)、擇優(yōu)取向和 試樣表面平整度都有一定要求試樣表面平整度都有一定要求。晶粒大小一般在。晶粒大小一般在 1m5m左右，粉末粒度也要在這個(gè)范圍內(nèi)。試樣左右，粉末粒度也要在這個(gè)范圍內(nèi)。試樣 厚度存在一最佳值，大小為厚度存在一最佳值，大小為 n試樣線吸收系數(shù)；

19、試樣線吸收系數(shù)；試樣物質(zhì)密度；試樣物質(zhì)密度；粉末密度粉末密度 sin 45. 3 t X射線衍射儀法射線衍射儀法 n對(duì)粉末要求與德拜法一樣，晶粒過大，衍射線在對(duì)粉末要求與德拜法一樣，晶粒過大，衍射線在 空間分布不連續(xù)，成為點(diǎn)列狀線段；晶粒過小，空間分布不連續(xù)，成為點(diǎn)列狀線段；晶粒過小， 衍射線寬化，衍射線寬化，2角測(cè)量精度下降。角測(cè)量精度下降。 n粉末不能有擇優(yōu)取向（織構(gòu)）存在，否則探測(cè)的粉末不能有擇優(yōu)取向（織構(gòu)）存在，否則探測(cè)的 X射線強(qiáng)度分布不均，衍射線成點(diǎn)列狀線段；不射線強(qiáng)度分布不均，衍射線成點(diǎn)列狀線段；不 能有應(yīng)力存在，應(yīng)力使衍射峰寬化，能有應(yīng)力存在，應(yīng)力使衍射峰寬化，2測(cè)量精度測(cè)量精

20、度 下降；試樣平整度越高越好，減少下降；試樣平整度越高越好，減少X射線的吸收。射線的吸收。 X射線衍射儀法射線衍射儀法 n通常，多晶體材料的各通常，多晶體材料的各 晶粒取向是空間任意的，晶粒取向是空間任意的， 但在加工處理（鑄造、但在加工處理（鑄造、 冷加工、退火等）過程冷加工、退火等）過程 中會(huì)導(dǎo)致各晶粒取向趨中會(huì)導(dǎo)致各晶粒取向趨 向于一致的情況，形成向于一致的情況，形成 擇優(yōu)取向或織構(gòu)。擇優(yōu)取向或織構(gòu)。 多晶體多晶體 擇優(yōu)取向（織構(gòu)）擇優(yōu)取向（織構(gòu)） 晶粒晶粒 X射線衍射儀法射線衍射儀法 簡(jiǎn)單立方簡(jiǎn)單立方 I 20 30 40 50 60 70 圖示為圖示為600C時(shí)時(shí)MgO (001)晶

21、面上晶面上 生長的生長的PbTiO3薄膜的薄膜的 X射線射線 衍射衍射 圖譜圖譜 I (110) (111) PbTiO3 (PT) 簡(jiǎn)單立方簡(jiǎn)單立方 PbTiO3 (001) MgO (001) 擇優(yōu)取向沿?fù)駜?yōu)取向沿c軸方向軸方向 X射線衍射儀法射線衍射儀法 無應(yīng)力狀態(tài)無應(yīng)力狀態(tài) 規(guī)則應(yīng)力狀態(tài)，衍射規(guī)則應(yīng)力狀態(tài)，衍射 峰位移動(dòng)，但沒有形峰位移動(dòng)，但沒有形 狀改變狀改變 彎曲應(yīng)力狀態(tài)，衍彎曲應(yīng)力狀態(tài)，衍 射峰寬化射峰寬化 n 實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇 n 狹逢光闌狹逢光闌發(fā)散光闌、防散射光闌和接收光闌發(fā)散光闌、防散射光闌和接收光闌 n 發(fā)散光闌：決定照射面積，在不讓發(fā)散光闌：決定照射面積，在不

22、讓X射線照射射線照射 區(qū)超出試樣外的前提下，盡可能選大的光闌區(qū)超出試樣外的前提下，盡可能選大的光闌照照 射面積大，射面積大，X射線衍射強(qiáng)度高。一般以低射線衍射強(qiáng)度高。一般以低角照射角照射 區(qū)為準(zhǔn)進(jìn)行選擇。區(qū)為準(zhǔn)進(jìn)行選擇。 n 防散射光闌和接收光闌：兩者同步選擇。寬狹防散射光闌和接收光闌：兩者同步選擇。寬狹 縫可以獲得高縫可以獲得高X射線衍射強(qiáng)度，但分辨率低；反之，射線衍射強(qiáng)度，但分辨率低；反之， 為提高分辨率應(yīng)選小的狹縫。為提高分辨率應(yīng)選小的狹縫。 X射線衍射儀法射線衍射儀法 n 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)RC n通常通常RC值應(yīng)小于或等于接收狹縫的時(shí)間寬度（狹值應(yīng)小于或等于接收狹縫的時(shí)間寬度（狹 縫轉(zhuǎn)

23、過自身寬度所需時(shí)間）的縫轉(zhuǎn)過自身寬度所需時(shí)間）的1/2。 n 掃描速度掃描速度探測(cè)器在測(cè)角儀圓周上均勻轉(zhuǎn)動(dòng)的探測(cè)器在測(cè)角儀圓周上均勻轉(zhuǎn)動(dòng)的 角速度角速度 n掃描速度快掃描速度快衍射強(qiáng)度下降，衍射峰向掃描方向衍射強(qiáng)度下降，衍射峰向掃描方向 偏移，分辨率下降，一些弱峰會(huì)被掩蓋。偏移，分辨率下降，一些弱峰會(huì)被掩蓋。 n掃描速度慢掃描速度慢衍射強(qiáng)度高，峰形明銳，分辨率高，衍射強(qiáng)度高，峰形明銳，分辨率高， 但過慢的速度亦不可取。但過慢的速度亦不可取。 實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇 實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇 n 掃描方式掃描方式 n 連續(xù)掃描連續(xù)掃描：一般工作中常用，從低角到高角連：一般工作中常用，從低角到高

24、角連 續(xù)均勻掃描并連續(xù)記錄，輸出結(jié)果為衍射圖譜。續(xù)均勻掃描并連續(xù)記錄，輸出結(jié)果為衍射圖譜。 n 階梯掃描階梯掃描：為精確測(cè)定一個(gè)或幾個(gè)衍射線的峰：為精確測(cè)定一個(gè)或幾個(gè)衍射線的峰 位或積分強(qiáng)度而采用。先估計(jì)或大概確定衍射峰位或積分強(qiáng)度而采用。先估計(jì)或大概確定衍射峰 位置，再手動(dòng)讓探測(cè)器到達(dá)該位置前或后一段距位置，再手動(dòng)讓探測(cè)器到達(dá)該位置前或后一段距 離進(jìn)行慢掃描，每個(gè)離進(jìn)行慢掃描，每個(gè)2角位置停留足夠長時(shí)間，角位置停留足夠長時(shí)間， 以克服脈沖統(tǒng)計(jì)起伏。通常選用小的以克服脈沖統(tǒng)計(jì)起伏。通常選用小的RC值和小的值和小的 接收光闌寬度。接收光闌寬度。 n3.2.4 衍射儀法的衍射積分強(qiáng)度和相對(duì)強(qiáng)度衍射

25、儀法的衍射積分強(qiáng)度和相對(duì)強(qiáng)度 n當(dāng)使用圓柱形樣品時(shí)，當(dāng)使用圓柱形樣品時(shí)， n當(dāng)使用平板樣品時(shí)當(dāng)使用平板樣品時(shí) M eAPFI 2 2 2 2 cossin 2cos1 相 M ePFI 2 2 2 2 cossin 2cos1 相 3.2 X射線衍射儀法射線衍射儀法 n德拜法與衍射儀法比較德拜法與衍射儀法比較 項(xiàng)目項(xiàng)目德拜法德拜法衍射儀法衍射儀法 入射光束入射光束特征特征X射線射線特征特征X射線射線 樣品形狀樣品形狀粉末圓柱形粉末圓柱形平板、粉末平板、粉末 成像原理成像原理多晶厄瓦爾德圖解多晶厄瓦爾德圖解多晶厄瓦爾德圖解多晶厄瓦爾德圖解 衍射線記錄衍射線記錄平板底片平板底片輻射探測(cè)器輻射探測(cè)器

26、 衍射花樣衍射花樣一系列衍射弧對(duì)一系列衍射弧對(duì)衍射圖譜衍射圖譜 衍射強(qiáng)度公式衍射強(qiáng)度公式 衍射裝備衍射裝備德拜相機(jī)德拜相機(jī)衍射儀衍射儀 應(yīng)用應(yīng)用 3.2 X射線衍射儀法射線衍射儀法 返回返回 nRC積分電路積分電路 n矩形脈沖矩形脈沖RC電路電路給電容給電容C充電，并通過電阻充電，并通過電阻 R放電放電 n充放電存在的時(shí)間滯后大小取決于充放電存在的時(shí)間滯后大小取決于RC的乘積，由的乘積，由 于于RC的單位為的單位為s，故稱其為，故稱其為時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)。 nRC計(jì)數(shù)率器對(duì)計(jì)數(shù)率器對(duì)X射線強(qiáng)度變化越不敏感，圖射線強(qiáng)度變化越不敏感，圖 譜中曲線平滑、整齊，峰形、峰位歪曲越嚴(yán)重。譜中曲線平滑、整齊，

27、峰形、峰位歪曲越嚴(yán)重。 nRC對(duì)對(duì)X射線強(qiáng)度變化越敏感，圖譜中曲線起射線強(qiáng)度變化越敏感，圖譜中曲線起 伏波動(dòng)大，峰形明銳，弱峰識(shí)別困難。伏波動(dòng)大，峰形明銳，弱峰識(shí)別困難。 返回返回 n在測(cè)角儀工作過程中，聚焦圓半徑是不斷變化的。此在測(cè)角儀工作過程中，聚焦圓半徑是不斷變化的。此 時(shí)，為保證聚焦效果，試樣表面應(yīng)該與聚焦圓有相同時(shí)，為保證聚焦效果，試樣表面應(yīng)該與聚焦圓有相同 曲率，即在工作中，試樣表面曲率半徑也應(yīng)隨曲率，即在工作中，試樣表面曲率半徑也應(yīng)隨變化變化 而同步變化。這在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中是難以達(dá)到，只能近似而同步變化。這在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中是難以達(dá)到，只能近似 處理。處理。 n通常，通常，采用平板試樣，當(dāng)

28、采用平板試樣，當(dāng) r試樣被照射面積時(shí)，可以試樣被照射面積時(shí)，可以 近似滿足聚焦條件近似滿足聚焦條件。完全滿。完全滿 足條件的只有足條件的只有O點(diǎn)晶面，其他點(diǎn)晶面，其他 位置（位置（A、B）的）的X射線能量射線能量 分布在一定寬度內(nèi)，只要寬度分布在一定寬度內(nèi)，只要寬度 范圍不大，實(shí)驗(yàn)中是允許的。范圍不大，實(shí)驗(yàn)中是允許的。 R r n濾波除了使用濾波片，還可以使用單色器。單色器是利濾波除了使用濾波片，還可以使用單色器。單色器是利 用具有一定晶面間距的晶體，通過恰當(dāng)?shù)拿骈g距選擇和用具有一定晶面間距的晶體，通過恰當(dāng)?shù)拿骈g距選擇和 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，使入射線中只有機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，使入射線中只有K能產(chǎn)生衍射，其他射線全

29、能產(chǎn)生衍射，其他射線全 部被散射或吸收，這樣可以獲得純部被散射或吸收，這樣可以獲得純K線，但強(qiáng)度降低很線，但強(qiáng)度降低很 多，實(shí)驗(yàn)中必須延長曝光時(shí)間。多，實(shí)驗(yàn)中必須延長曝光時(shí)間。 測(cè)角儀結(jié)構(gòu)測(cè)角儀結(jié)構(gòu) 測(cè)角儀結(jié)構(gòu)測(cè)角儀結(jié)構(gòu) X射線管射線管 輻射探測(cè)器輻射探測(cè)器 樣品臺(tái)樣品臺(tái) h2 + k2 + l2 簡(jiǎn)單立方簡(jiǎn)單立方 面心立方面心立方 體心立方體心立方 1 100 - - 2 110 - 110 3 111 111 - 4 200 200 200 5 210 - - 6 211 - 211 7 - - - 8 220 220 220 9 300, 221 - - 10 310 - 310 11

30、311 311 - 12 222 222 222 立方系消光規(guī)律立方系消光規(guī)律 底片伸縮誤差底片伸縮誤差 n底片伸縮誤差底片伸縮誤差底片經(jīng)顯影、定影、沖洗和干燥后其底片經(jīng)顯影、定影、沖洗和干燥后其 長度一般會(huì)收縮，長度一般會(huì)收縮，2L（2L）是實(shí)際測(cè)量干燥后底片的）是實(shí)際測(cè)量干燥后底片的 結(jié)果，而結(jié)果，而R是相機(jī)半徑，與底片無關(guān)，不能反映因底片是相機(jī)半徑，與底片無關(guān)，不能反映因底片 收縮而引起的曲率半徑變化，這樣的誤差稱為底片伸縮收縮而引起的曲率半徑變化，這樣的誤差稱為底片伸縮 誤差。誤差。 德拜相機(jī)的分辨率德拜相機(jī)的分辨率 n分辨率分辨率描述相機(jī)分辨底片上相距最近的衍射線條描述相機(jī)分辨底片上相距最近的衍射線條 的本領(lǐng)的本領(lǐng)，即晶面間距變化時(shí)，引起衍射線條位置相對(duì)，即晶面間距變化時(shí)，引起衍射線條位置相對(duì) 改變的靈敏度改變的靈敏度 n上式經(jīng)代換后，得上式經(jīng)代換后，得 n具體影響具體影響得因素：得因素： n相機(jī)半徑相機(jī)半徑R，分辨率越高；增大，分辨率越高；增大R會(huì)延長曝光時(shí)間，會(huì)延長曝光時(shí)間， 增加由空氣引起的衍射背景增加由空氣引起的衍射背景 n，分辨率越高，分辨率越高 n，分辨率越高，分辨率越高 nd，分辨率越低，分辨率越低 dd L 2