XRD測量及原理課件

1、 X-射線衍射分析（XRD）X-射線的性質X-射線的產生 X-射線與物質的相互作用 X-射線衍射分析原理 X-射線衍射分析應用X-射線一、X-射線的性質 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； 能透過可見光不能透過的物體； 這種射線沿直線傳播，在電場與磁場 中不偏轉，在通過物體時不發(fā)生反射、折射現(xiàn)象，通過普通光柵亦不引起衍射； 這種射線對生物有很厲害的生理作用。產生X-射線的方法，是使快速移動的電子(或離子)驟然停止其運動，則電子的動能可部分轉變成X光能，即輻射出X-射線(連續(xù)譜)。二、X-射線的產生 X射線的頻率由下式?jīng)Q定： h 2 1 式中1和2為原子的正常狀態(tài)能量

2、和受刺 激狀態(tài)時的能量。 當打去K層電子時，所有靠外邊的電子層中的電子都可能落到那個空位上，當產生回落躍遷時就產生K系的X射線光譜。K系線中，K線相當于電子由L層過渡到K層，K線相當于電子由M層過渡到K層。當然K線比K線頻率 要高，波長較短。整個K系X射線波長最短。結構分析時所采用的就是K系X射線。 當入射 X 光子與物質中的某些電子（例如內層電子）發(fā)生碰撞時，由于這些電子受到原子的強力束縛，光子的能量不足以使電子脫離所在能級的情況下，此種碰撞可以近似地看成是剛體間的彈性碰撞，其結果僅使光子的前進方向發(fā)生改變，即發(fā)生了散射，但光子的能量并未損耗，即散射線的波長等于入射線的波長。此時各散射線之間

3、將相互發(fā)生干涉，故成為相干散射。相干散射是引起晶體產生衍射線的根源。相干散射或稱古典散射X射線的吸收 物質對X射線的吸收是指X射線能量在通過物質時轉變?yōu)槠渌问降哪芰俊射線而言，即發(fā)生了能量損耗。有時把X射線的這種能量損耗稱為吸收。物質對X射線的吸收主要是由原子內部的電子躍遷引起的。在這個過程中發(fā)生X射線的光電效應和俄歇效應，使X射線的部分能量轉變成為光電子、熒光X射線及俄歇電子的能量。此外入射X射線的能量還消耗于產生熱量。因此，X射線的強度被衰減。 波長為 的入射束分別照射到處于相鄰晶面的原子上，晶面間距為d，在與入射角相等的反射方向上產生其散射線。當光程差等于波長的整數(shù)倍 n 時，光線

4、就可以出現(xiàn)干涉加強，即發(fā)生衍射。 衍射線的方向恰好等于原子面對入射線的反射，所以才借助鏡面反射規(guī)律來描述 X 射線的衍射幾何。必須注意， X 射線的原子面反射和可見光的鏡面反射不同。一束可見光以任一角度透射到鏡面上都可以發(fā)生反射，而原子面對 X 射線的反射不是任意的，只有當 ， 和 d 三者之間滿足布拉格方程時才能發(fā)生反射，所以將 X 射線的這種反射成為選擇反射。五、X-射線衍射分析應用物相分析 定性分析定量分析單一物相的鑒定或驗證混合物相的鑒定晶體結構分析點陣常數(shù)（晶胞參數(shù)）測定晶體對稱性（空間群）的測定等效點系的測定晶體定向晶粒度測定宏觀應力分析1.（1）物相定性分析基本原理與方法物質的X

5、射線衍射花樣特征：分析物質相組成的“指紋腳印”。 制備各種標準單相物質的衍射花樣并使之規(guī)范化，將待分析物質(樣品)的衍射花樣與之對照，從而確定物質的組成相。PDF卡片各種已知物相衍射花樣的規(guī)范化工作于1938年由哈那瓦特(J. D. Hanawalt)開創(chuàng)。他的主要工作是將物相的衍射花樣特征(位置與強度)用d(晶面間距)和I(衍射線相對強度)數(shù)據(jù)組表達并制成相應的物相衍射數(shù)據(jù)卡片?？ㄆ畛跤伞懊绹牧显囼瀸W會(ASTM)”出版，稱ASTM卡片。1969年成立了國際性組織“粉末衍射標準聯(lián)合會(JCPDS)”，由它負責編輯出版“粉末衍射卡片”，稱PDF卡片。 物相定性分析的基本步驟（1）制備待分析物質樣品；（2）用衍射儀法或照相法獲得樣品衍射花樣； （3）檢索PDF卡片；（4）核對PDF卡片與物相判定。常用測量方法1. 常規(guī)連續(xù)掃描2. 常規(guī)步進掃描3. 積累步進掃描4. 跳躍步進掃描5. 分段步進掃描注意事項1. 千萬不能被射線照射到.2. 我們用的是小角度掠入射測量.（ 小于3度）3. 對于薄膜樣品，特別要注意其厚度。由于 X 射線的穿透能力很強，一般在幾百微米的數(shù)量級，所以適合于比較厚的薄膜樣品的分析。薄膜比較平整以及表面粗糙度要小，這樣獲得結果才具有代表性。4. 晶粒大小的計