5 粉末X射線衍射儀

1、 第四章 粉末多晶體X射線衍射儀1本章要求了解X射線衍射儀的構(gòu)造和常用探測(cè)器，重點(diǎn)掌握測(cè)角儀構(gòu)造和工作原理。24.0 前言 本章將介紹X射線衍射的最基本的實(shí)驗(yàn)方法和裝置粉末法：以單色X射線照射粉末試樣為基礎(chǔ) 照相法 德拜-謝樂(lè)法（Debye-scherrer method） 聚焦照相法（Focusing method） 針孔法（Pinhole method） 衍射儀法原理圖實(shí)例34.1.1 德拜相的攝照 相機(jī)構(gòu)造4.1 德拜-謝樂(lè)法（Debye-scherrer method）圖 1 德拜相機(jī)及結(jié)構(gòu)示意圖 1-圓筒相盒， 2-樣品夾， 3-X射線入口（入射光闌），4-熒光屏（承光管）原理圖實(shí)例

2、57.3mm或114.6mm4 試樣的制備 樣品粉末一般要經(jīng)瑪瑙研缽研細(xì)，粒度約在微米數(shù)量級(jí)，可將粉末與樹(shù)脂勻和后粘接在0.050.08mm直徑的玻璃絲上或裝入塞璐珞膠管中。做好的粉末樣其直徑為0.2 1 mm，長(zhǎng)10 15mm。 底片安裝法正裝法反裝法偏裝法圖示Debye Scherrer camera:A very small amount of powdered material is sealed into a fine capillary tube made from glass that does not diffract x-rays. The specimen is place

3、d in the Debye Scherrer camera and is accurately aligned to be in the centre of the camera. X-rays enter the camera through a collimator.The powder diffracts the x-rays in accordance with Braggs law to produce cones of diffracted beams. These cones intersect a strip of photographic film located in t

4、he cylindrical camera to produce a characteristic set of arcs on the film.Experimental Powder Diffraction Experimental Powder Diffraction 67 選擇陽(yáng)極 應(yīng)使陽(yáng)極元素所發(fā)射的標(biāo)識(shí)X射線不激發(fā)出試樣元素的二次標(biāo)識(shí)X射線。 一般原則： 當(dāng)不能滿足此關(guān)系時(shí)，可將選擇極限推延至： 對(duì)Z極小的樣品，可選較重的陽(yáng)極元素如Cu靶、Mo靶。 Z陽(yáng) Z樣Z陽(yáng) Z樣 1回顧復(fù)習(xí)8 選擇慮片 選擇原則：當(dāng) Z靶 40時(shí)，則 Z片 Z靶1當(dāng) Z靶 40時(shí)，則 Z片 Z靶2K(光源）

5、 K(濾波片） K(光源） 選擇管電壓 陽(yáng)極元素的K系標(biāo)識(shí)譜出現(xiàn)的最低電壓稱為該元素的K系臨界激發(fā)電壓UK。 當(dāng)管電壓為臨界激發(fā)電壓的 35倍時(shí)，標(biāo)識(shí)譜與連續(xù)譜的強(qiáng)度比例可達(dá)到最佳值。工作電壓就選用這一范圍。U管壓 (35) UK9 選擇管電流 X射線管的額定功率除以管電壓便是許用的最大管電流。工作管電流不得超過(guò)此數(shù)值。 104.1 測(cè)角儀衍射儀的構(gòu)造及幾何光學(xué) 概述 測(cè)角儀的構(gòu)造 測(cè)角儀的衍射幾何 測(cè)角儀的光學(xué)布置 試樣 彎晶單色器012.swf發(fā)展歷史111213 /2 偶合掃描的衍射晶面144.2 X射線探測(cè)器的工作原理 正比計(jì)數(shù)器 蓋革計(jì)數(shù)器 閃爍計(jì)數(shù)器 鋰漂移硅檢測(cè)器4.3 X射線測(cè)

6、量中的 主要電路計(jì)數(shù)器的主要功能是將X射線的能量轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。計(jì)數(shù)器高壓電源前置放大器線性放大器脈沖高度分析器定時(shí)器定標(biāo)器計(jì)數(shù)率計(jì)繪圖儀打印機(jī)記錄儀154. 4 X射線儀的常規(guī)測(cè)量 衍射強(qiáng)度的測(cè)量 連續(xù)掃描 步進(jìn)掃描（階梯掃描） 衍射強(qiáng)度公式實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇 狹縫寬度 掃描速度 時(shí)間常數(shù)16The End of Chapter 417Back18純鋁多晶體的德拜像Back19吸收限的應(yīng)用1. 濾波片（filter）的選擇濾波片選擇原則：當(dāng) Z靶 40時(shí)，則 Z片 Z靶1當(dāng) Z靶 40時(shí)，則 Z片 Z靶22. 陽(yáng)極靶的選擇Z靶 Z試樣 1K(光源） K(濾波片） K(光源）CuK(靶）略大于試

7、樣的K系吸收限K避免產(chǎn)生熒光X射線Back2021照相法是較原始的方法，缺點(diǎn)是：攝照時(shí)間長(zhǎng)，往往需要1020小時(shí)；衍射線強(qiáng)度靠照片的黑度來(lái)估計(jì)，準(zhǔn)確度不高。優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，在試樣非常少的時(shí)候（如1mg）也可以進(jìn)行分析，可記錄晶體衍射的全部信息，需要迅速確定晶體取向、晶粒度等時(shí)候尤為有效，另外在試樣太重不便于用衍射儀時(shí)照相法也是必不可少的。衍射儀法的優(yōu)點(diǎn)較多，如速度快、強(qiáng)度相對(duì)精確、信息量大、精度高、分析簡(jiǎn)便（現(xiàn)在大部分測(cè)試項(xiàng)目已有了專用程序）、試樣制備簡(jiǎn)便等等。衍射儀對(duì)強(qiáng)度的測(cè)量是利用電子計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)管）直接測(cè)定的。22衍射儀法需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是： X射線接收裝置計(jì)數(shù)管； 衍

8、射強(qiáng)度必須適當(dāng)加大，為此可以使用板狀試樣； 相同的（hkl）晶面也是全方向散射的，所以要聚焦； 計(jì)數(shù)管的移動(dòng)要滿足布拉格條件。這些問(wèn)題的解決關(guān)鍵是由幾個(gè)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的： X射線測(cè)角儀解決聚焦和測(cè)量角度的問(wèn)題； 輻射探測(cè)儀解決記錄和分析衍射線能量問(wèn)題。23X射線衍射儀由X射線發(fā)生器、測(cè)角儀、輻射探測(cè)器、記錄單元或自動(dòng)控制單元等部分組成，其中測(cè)角儀是儀器的中心部分。Back24(100)(002)(101)AlN25K1K2Back26S靶面上的線焦點(diǎn)，K發(fā)散狹縫，L防散射狹縫，F(xiàn)接收狹縫，S1，S2梭拉狹縫發(fā)散狹縫防散射狹縫：排斥非樣品的輻射，提高峰背比接收狹縫：提高衍射的分辨本領(lǐng)光路布置中光闌（狹縫）的作用：梭拉狹縫S1、S2：限制射線在水平方向上的發(fā)散度限制射線在豎直方向上的發(fā)散度，保證射線平行入射Back27Backr = R / 2sin衍射幾何的關(guān)鍵問(wèn)題是一方面要滿足布拉格方程反射條件，另一方面要滿足衍射線的聚焦條件。28Back29正比計(jì)數(shù)器和蓋革計(jì)數(shù)器都是以氣體電離為基礎(chǔ)的，其構(gòu)造示意圖如右圖。主要由一個(gè)充氣