XRD測(cè)量及原理課件

1、 X-射線(xiàn)衍射分析（XRD）X-射線(xiàn)的性質(zhì)X-射線(xiàn)的產(chǎn)生 X-射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用 X-射線(xiàn)衍射分析原理 X-射線(xiàn)衍射分析應(yīng)用X-射線(xiàn)一、X-射線(xiàn)的性質(zhì) 肉眼不能觀(guān)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(guò)可見(jiàn)光不能透過(guò)的物體； 這種射線(xiàn)沿直線(xiàn)傳播，在電場(chǎng)與磁場(chǎng) 中不偏轉(zhuǎn)，在通過(guò)物體時(shí)不發(fā)生反射、折射現(xiàn)象，通過(guò)普通光柵亦不引起衍射； 這種射線(xiàn)對(duì)生物有很厲害的生理作用。產(chǎn)生X-射線(xiàn)的方法，是使快速移動(dòng)的電子(或離子)驟然停止其運(yùn)動(dòng)，則電子的動(dòng)能可部分轉(zhuǎn)變成X光能，即輻射出X-射線(xiàn)(連續(xù)譜)。二、X-射線(xiàn)的產(chǎn)生 X射線(xiàn)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(shí)的能量。 當(dāng)打去K層電子時(shí)，所有靠外邊的電子層中的電子都可能落到那個(gè)空位上，當(dāng)產(chǎn)生回落躍遷時(shí)就產(chǎn)生K系的X射線(xiàn)光譜。K系線(xiàn)中，K線(xiàn)相當(dāng)于電子由L層過(guò)渡到K層，K線(xiàn)相當(dāng)于電子由M層過(guò)渡到K層。當(dāng)然K線(xiàn)比K線(xiàn)頻率 要高，波長(zhǎng)較短。整個(gè)K系X射線(xiàn)波長(zhǎng)最短。結(jié)構(gòu)分析時(shí)所采用的就是K系X射線(xiàn)。 當(dāng)入射 X 光子與物質(zhì)中的某些電子（例如內(nèi)層電子）發(fā)生碰撞時(shí)，由于這些電子受到原子的強(qiáng)力束縛，光子的能量不足以使電子脫離所在能級(jí)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(jié)果僅使光子的前進(jìn)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(xiàn)的波長(zhǎng)等于入射線(xiàn)的波長(zhǎng)。此時(shí)各散射線(xiàn)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(chǎn)生衍射線(xiàn)的根源。相干散射或稱(chēng)古典散射X射線(xiàn)的吸收 物質(zhì)對(duì)X射線(xiàn)的吸收是指X射線(xiàn)能量在通過(guò)物質(zhì)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。?duì)X射線(xiàn)而言，即發(fā)生了能量損耗。有時(shí)把X射線(xiàn)的這種能量損耗稱(chēng)為吸收。物質(zhì)對(duì)X射線(xiàn)的吸收主要是由原子內(nèi)部的電子躍遷引起的。在這個(gè)過(guò)程中發(fā)生X射線(xiàn)的光電效應(yīng)和俄歇效應(yīng)，使X射線(xiàn)的部分能量轉(zhuǎn)變成為光電子、熒光X射線(xiàn)及俄歇電子的能量。此外入射X射線(xiàn)的能量還消耗于產(chǎn)生熱量。因此，X射線(xiàn)的強(qiáng)度被衰減。 波長(zhǎng)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(chǎn)生其散射線(xiàn)。當(dāng)光程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍 n 時(shí)，光線(xiàn)

4、就可以出現(xiàn)干涉加強(qiáng)，即發(fā)生衍射。 衍射線(xiàn)的方向恰好等于原子面對(duì)入射線(xiàn)的反射，所以才借助鏡面反射規(guī)律來(lái)描述 X 射線(xiàn)的衍射幾何。必須注意， X 射線(xiàn)的原子面反射和可見(jiàn)光的鏡面反射不同。一束可見(jiàn)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(duì) X 射線(xiàn)的反射不是任意的，只有當(dāng) ， 和 d 三者之間滿(mǎn)足布拉格方程時(shí)才能發(fā)生反射，所以將 X 射線(xiàn)的這種反射成為選擇反射。五、X-射線(xiàn)衍射分析應(yīng)用物相分析 定性分析定量分析單一物相的鑒定或驗(yàn)證混合物相的鑒定晶體結(jié)構(gòu)分析點(diǎn)陣常數(shù)（晶胞參數(shù)）測(cè)定晶體對(duì)稱(chēng)性（空間群）的測(cè)定等效點(diǎn)系的測(cè)定晶體定向晶粒度測(cè)定宏觀(guān)應(yīng)力分析1.（1）物相定性分析基本原理與方法物質(zhì)的X

5、射線(xiàn)衍射花樣特征：分析物質(zhì)相組成的“指紋腳印”。 制備各種標(biāo)準(zhǔn)單相物質(zhì)的衍射花樣并使之規(guī)范化，將待分析物質(zhì)(樣品)的衍射花樣與之對(duì)照，從而確定物質(zhì)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(kāi)創(chuàng)。他的主要工作是將物相的衍射花樣特征(位置與強(qiáng)度)用d(晶面間距)和I(衍射線(xiàn)相對(duì)強(qiáng)度)數(shù)據(jù)組表達(dá)并制成相應(yīng)的物相衍射數(shù)據(jù)卡片。卡片最初由“美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)(ASTM)”出版，稱(chēng)ASTM卡片。1969年成立了國(guó)際性組織“粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合會(huì)(JCPDS)”，由它負(fù)責(zé)編輯出版“粉末衍射卡片”，稱(chēng)PDF卡片。 物相定性分析的基本步驟（1）制備待分析物質(zhì)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(duì)PDF卡片與物相判定。常用測(cè)量方法1. 常規(guī)連續(xù)掃描2. 常規(guī)步進(jìn)掃描3. 積累步進(jìn)掃描4. 跳躍步進(jìn)掃描5. 分段步進(jìn)掃描注意事項(xiàng)1. 千萬(wàn)不能被射線(xiàn)照射到.2. 我們用的是小角度掠入射測(cè)量.（ 小于3度）3. 對(duì)于薄膜樣品，特別要注意其厚度。由于 X 射線(xiàn)的穿透能力很強(qiáng)，一般在幾百微米的數(shù)量級(jí)，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(jié)果才具有代表性。4. 晶粒大小的計(jì)