X射線衍射分析技術(shù)(修改).ppt

1、目 錄,8.1 X射線衍射分析的歷史及現(xiàn)狀 8.2 X射線衍射分析的原理 8.3 X射線衍射儀的結(jié)構(gòu)及組成 8.4 X射線衍射分析實(shí)驗(yàn)技術(shù) 8.5 X射線衍射分析在材料研究領(lǐng)域的應(yīng)用,00,8.1 X射線衍射分析的歷史及現(xiàn)狀,8.1.1 X 射線的發(fā)現(xiàn),圖1 （a）Wilhelm Conrad Roentgen （b）透過X射線的手像,（a）,（b）,1895年，德國(guó)物理學(xué)家倫琴在研究陰極射線過程中偶然發(fā)現(xiàn)了X射線，因而獲得首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（1901年）。,01,8.1.2 X射線衍射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),圖2 （a）Max von Laue （b）晶體的X射線衍射圖像,1912年，物理學(xué)家勞厄發(fā)現(xiàn)了

2、晶體X射線衍射現(xiàn)象，證明了X射線具有波動(dòng)屬性，獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（1914年）。,（a）,（b）,02,8.1.3 布拉格方程的提出,圖3 （a）Bragg 父子 （b）NaCl晶體及模型,1913-1914年，英國(guó)物理學(xué)家Bragg父子利用X射線成功測(cè)定了NaCl晶體的結(jié)構(gòu)并提出了Bragg方程，共同獲得1915年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,（a）,（b）,03,8.1.4 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn),1953年，英國(guó)科學(xué)家沃森等利用X射線衍射技術(shù)成功揭示了DNA分子具有雙螺旋結(jié)構(gòu)，獲得了1962年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。,圖4 （a）DNA結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)者克里克和沃森 （b）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu),04,8.1.5 Zie

3、gler-Natta催化劑的發(fā)明,圖5 （a）Karl Waldemar Ziegler （b）Giulio Natta （c）等規(guī)聚合物鏈結(jié)構(gòu)模型,1953年，Ziegler和Natta借助X射線晶體結(jié)構(gòu)分析手段發(fā)明了可實(shí)現(xiàn) 烯烴定向聚合的Ziegler-Natta催化劑，有力促進(jìn)了塑料、橡膠的工業(yè)化應(yīng)用。獲1962年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。,（a）,（b）,（c）,05,自勞厄證實(shí)了X射線衍射效應(yīng)以及Bragg父子提出Bragg方程 以來，X射線衍射分析技術(shù)至今已有顯著發(fā)展，已成為固體晶體結(jié)構(gòu)分析的最重要而基本的測(cè)試手段，廣泛應(yīng)用于：,化學(xué)領(lǐng)域； 材料的制備、改性及加工領(lǐng)域； 礦物成份分析； 生物、

4、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域； 其他領(lǐng)域；,8.1.6 X射線衍射分析技術(shù)的現(xiàn)狀,06,8.2 X射線衍射分析的原理,8.2.1 X射線的產(chǎn)生,圖6 X射線管結(jié)構(gòu)及X射線產(chǎn)生過程示意圖,在陰極和陽極間通以高壓電場(chǎng)，高溫下由陰極發(fā)射的自由電子經(jīng)聚焦、加速后以一定方向撞擊陽極表面，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)為熱能，另一轉(zhuǎn)化為X 射線加以收集。,07,8.2.1 X射線的產(chǎn)生,（a）,（b）,圖7 （a）X射線管 （b）X射線管旋轉(zhuǎn)陽極金屬靶（鎢）,陽極靶通常由傳熱性能好且熔點(diǎn)高的金屬材料制成，如銅、鈷、鎳、鐵、鉬等。,08,8.2.1 X射線的產(chǎn)生,圖8 金屬陶瓷X射線管,X射線管是X射線機(jī)最重要的部件之一，目前常用的 X射線管均為

5、封閉式電子 X射線管，大功率 X射線機(jī)一般采用旋轉(zhuǎn)陽極 X射線管。,09,8.2.2 X射線的性質(zhì),（1）X 射線的波長(zhǎng)范圍,X射線區(qū),紫外區(qū),可見光區(qū),紅外區(qū),微波區(qū),無線電區(qū),0.001nm,0.01um,0.4um,0.75um,1000 um,2105 um,X 射線的屬性是一種電磁波，其波長(zhǎng)范圍為10-2102 埃，介于紫外線與 射線之間。,10,8.2.2 X射線的性質(zhì),（2）X 射線的能量,為X射線的能量； 為X射線的頻率； 為X射線的動(dòng)量； 為X射線的波長(zhǎng)； 為X射線的波速； 為普朗克常數(shù)；,X 射線與其他電磁波一樣，具有波粒二象性，可看作為具有一定能量E、動(dòng)量P、質(zhì)量m 的X

6、 射線光子流。,11,8.2.2 X射線的性質(zhì),（3）X 射線的一般性質(zhì),X 射線的性質(zhì)與可見光有著非常大的區(qū)別，表現(xiàn)于：,X 射線可以穿透可見光不能穿透的物體； X 射線始終沿直線傳播，不受電場(chǎng)、磁場(chǎng)影響； X 射線肉眼無法察覺，但能使照相底片感光； X 射線能夠殺死生物細(xì)胞或組織。,12,8.2.3 X射線的類型,（1）連續(xù)X射線,50 kV,40 kV,30 kV,20 kV,X射線相對(duì)強(qiáng)度,圖9 不同加速電壓下由金屬鎢產(chǎn)生的連續(xù)X射線譜,在高能電子束與陽極靶撞擊過程，由于不同電子的運(yùn)動(dòng)狀況、撞擊條件等存在差異，導(dǎo)致所產(chǎn)生的X 射線波長(zhǎng)不一 ，最終形成波長(zhǎng)連續(xù)分布的連續(xù)X射線。,13,8

7、.2.3 X射線的類型,（1）連續(xù)X射線,為電子電荷； 為加速電壓； 為普朗克常數(shù)； 為輻射頻率； 為光速； 為短波限； 為常數(shù)； 為陽極原子序數(shù)；,連續(xù)X射線譜可以經(jīng)驗(yàn)方程式（6）進(jìn)行描述；式中X射線的短波限可由加速電壓和電子電量通過式（5）求得。,14,8.2.3 X射線的類型,（2）特征X射線,由于陽極靶物質(zhì)原子核外層 K電子被高能電子撞出，形成空位后高能級(jí)電子進(jìn)行補(bǔ)充，剩余能量以 X射線形式釋放，最終形成特征 X射線，具有單一分布的波長(zhǎng)。,圖10 Mo靶X射光管產(chǎn)生的特征X射線譜（39kV）,15,8.2.3 X射線的類型,（2）特征X射線,為n層電子的能量； 為電子的質(zhì)量； 為電子的

8、電荷； 為主量子數(shù)；,為原子序數(shù)； 為屏蔽常數(shù)； 為里德伯常數(shù)； 為光速；,特征X射線的頻率可由式（8）進(jìn)行描述，其波長(zhǎng)與原子序數(shù)及核外量子數(shù)有關(guān)，具有特征性。,16,8.2.4 X射線與物質(zhì)的相互作用,圖11 X射線與物質(zhì)的相互作用,X 射線與物質(zhì)的相互作用包括散射和吸收兩部分。其中散射包括相干和不相干兩類；吸收由光電效應(yīng)引起。,17,8.2.4 X射線與物質(zhì)的相互作用,圖12 Cu靶X射線譜線示意圖 ：（a）濾波前；（b）經(jīng)Ni濾波后,其中， 和 為穿透 前后X射線的強(qiáng)度， 為樣品線吸收系數(shù)， 為樣品厚度。,為進(jìn)行X 射線衍射分析的需要，通常利用吸收限性質(zhì)選擇合適濾波材料，過濾X 射線連續(xù)

9、譜獲得單色X 射線。,18,8.2.5 X射線衍射原理,當(dāng)X 射線以特定方向入射某晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，在其背面底片上產(chǎn)生有規(guī)律分布的衍射斑點(diǎn)，稱該現(xiàn)象為X射線衍射。,X射線衍射示意圖,X射線衍射花樣,石英晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),19,8.2.5 X射線衍射原理,（1）勞厄方程,圖13 一維原子列的衍射示意圖,為原子間距； 為X射線波長(zhǎng)； 為入射X射線夾角； 為散射X射線夾角；,當(dāng)相鄰原子的散射X射線光程差等于入射X射線波長(zhǎng)整數(shù)倍時(shí)發(fā)生衍射。,20,8.2.5 X射線衍射原理,（1）勞厄方程,21,8.2.5 X射線衍射原理,（2）布拉格方程,圖14 面網(wǎng)反射X射線的條件,為晶面間距； 為入射線夾角； 為入射線波

10、長(zhǎng)；,當(dāng)相鄰晶面產(chǎn)生的反射線光程差等于入射線波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)產(chǎn)生衍射。,晶面,22,8.2.5 X射線衍射原理,（2）布拉格方程,只有當(dāng)入射線波長(zhǎng)小于晶最大面間距的兩倍時(shí)，才可能滿足衍射條件。,晶面,23,8.2.5 X射線衍射原理,（2）布拉格方程,當(dāng) 與 確定后，衍射級(jí)數(shù) 隨之確定，只有在若干角度 才能產(chǎn)生衍射。,24,8.2.5 X射線衍射原理,（2）布拉格方程,為簡(jiǎn)化布拉格方程，引入假想晶面（HKL），其面間距為實(shí)際晶面（hkl）的1/n， 稱該類晶面為干涉面。,25,8.2.5 X射線衍射原理,（2）布拉格方程,立方晶系,正方晶系,斜方晶系,26,8.2.5 X射線衍射原理,（3）X

11、射線衍射強(qiáng)度I,為入射線光強(qiáng)； 為散射線光強(qiáng)； 為電子質(zhì)量； 為電子電荷； 為入射、散射線夾角； 為散射、觀察點(diǎn)距離；,單個(gè)電子對(duì)X 射線的散射強(qiáng)度可表示為：,27,8.2.5 X射線衍射原理,（3）X 射線衍射強(qiáng)度I,單個(gè)原子的散射線光強(qiáng)為：,為原子散射線光強(qiáng)； 為原子散射因數(shù)； 為單個(gè)原子散射波振幅； 為單個(gè)電子散射波振幅；,28,8.2.5 X射線衍射原理,（3）X 射線衍射強(qiáng)度I,29,8.2.5 X射線衍射原理,（4）X 射線衍射譜圖的物理含義,衍射峰,圖15 X射線衍射譜,橫坐標(biāo)：衍射角 ； 縱坐標(biāo)：衍射強(qiáng)度 ； 譜 峰：衍射峰；,某特定樣品的衍射強(qiáng)度隨衍射角度的變化關(guān)系曲線稱為X

12、射線衍射譜。,30,8.3 X射線衍射分析儀結(jié)構(gòu)與組成,8.3.1 X 射線衍射儀,（1）儀器結(jié)構(gòu)總圖,X射線衍射儀由X 射線發(fā)生器、衍射測(cè)角儀、輻射探測(cè)器、測(cè)量電路及記錄分析系統(tǒng)等組成。,X 射線管,測(cè)角儀,計(jì)數(shù)器,樣品,X 射線儀結(jié)構(gòu)示意圖,31,8.3.1 X 射線衍射儀,（1）儀器結(jié)構(gòu)總圖,X射線衍射儀由X 射線發(fā)生器、衍射測(cè)角儀、輻射探測(cè)器、測(cè)量電路及記錄分析系統(tǒng)等組成。,32,8.3.1 X 射線衍射儀,（1）儀器結(jié)構(gòu)總圖,X射線衍射儀由X 射線發(fā)生器、衍射測(cè)角儀、輻射探測(cè)器、測(cè)量電路及記錄分析系統(tǒng)等組成。,X 射線衍射儀外形結(jié)構(gòu),33,8.3.1 X 射線衍射儀,（2）X 射線發(fā)

13、生器,固定陽極X射線管,X射線管旋轉(zhuǎn)陽極靶,X 射線發(fā)生器通常是指X 射線管，其作用是提供一定波長(zhǎng)范圍的特征X 射線譜。,34,8.3.1 X 射線衍射儀,（2）X 射線發(fā)生器,圖16 MSAL石墨彎晶單色器,由于 X射線管產(chǎn)生的 X射線通常含有連續(xù) X射線，其波長(zhǎng)呈一定范圍分布，為得到單一波長(zhǎng)的單色X 射線，需利用單色器進(jìn)行過濾。,35,8.3.1 X 射線衍射儀,（3）X 射線測(cè)角系統(tǒng),圖17 測(cè)角儀示意圖,測(cè)角儀內(nèi)外圓可分別繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；測(cè)試過程樣品臺(tái)固定于測(cè)角儀內(nèi)圓，通過圓周轉(zhuǎn)動(dòng)改變?nèi)肷渚€的入射角；計(jì)數(shù)器固定于外圓，與樣品轉(zhuǎn)動(dòng)同步測(cè)定對(duì)應(yīng)角度上的衍射強(qiáng)度。,36,8.3.1 X 射線衍

14、射儀,（3）X 射線測(cè)角系統(tǒng),測(cè)角儀內(nèi)外圓可分別繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；測(cè)試過程樣品臺(tái)固定于測(cè)角儀內(nèi)圓，通過圓周轉(zhuǎn)動(dòng)改變?nèi)肷渚€的入射角；計(jì)數(shù)器固定于外圓，與樣品轉(zhuǎn)動(dòng)同步測(cè)定對(duì)應(yīng)角度上的衍射強(qiáng)度。,圖18 測(cè)角儀系統(tǒng)實(shí)圖,37,8.3.1 X 射線衍射儀,（4） 探測(cè)器,閃爍計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)示意圖,發(fā)射極,次級(jí)電子,光敏陰極,光電子,可見光,X射線,高壓,其作用是接收樣品產(chǎn)生的衍射線強(qiáng)度 ，通常將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；常用的探測(cè)器有閃爍計(jì)數(shù)器 、正比計(jì)數(shù)器等。,NaI 晶體,38,8.3.1 X 射線衍射儀,（4） 探測(cè)器,其作用是接收樣品產(chǎn)生的衍射線強(qiáng)度 ，通常將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；常用的探測(cè)器有閃爍計(jì)數(shù)器 、正比計(jì)數(shù)

15、器等。,流氣正比計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)示意圖,高壓接頭,芯線,外殼,氣體 出口,X射線,氣體 進(jìn)口,聚酯膜窗口,39,8.3.2 X 射線衍射儀實(shí)例,德國(guó)Bruker 公司：http:/www.bruker-,40,8.3.2 X 射線衍射儀實(shí)例,圖19 D2CRYSO XRD 儀,配備有先進(jìn)的 X射線發(fā)生裝置和探測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)用先進(jìn)的能量分散 X射線衍射技術(shù)，非常適合進(jìn)行各類晶體的取向分析。,41,8.3.2 X 射線衍射儀實(shí)例,圖20 D2 PHASER - Desktop XRD 儀,一款小型、臺(tái)式、結(jié)構(gòu)緊湊的 X射線衍射儀， 具有先進(jìn)的分析軟件及探測(cè)系統(tǒng)，適合于工業(yè)礦物、地質(zhì)、化學(xué)、藥物及教學(xué)等領(lǐng)域。

16、,42,8.3.2 X 射線衍射儀實(shí)例,圖21 D4 ENDEAVOR XRD 儀,具有先進(jìn)的一維探測(cè)系統(tǒng)，利用粉末衍射技術(shù)可進(jìn)行多晶X 射線衍射分析，廣泛應(yīng)用于水泥 、地質(zhì)、藥物、化學(xué)等諸多領(lǐng)域。,43,8.3.2 X 射線衍射儀實(shí)例,圖22 D8 Focus XRD 儀,通過性能優(yōu)化，具有先進(jìn)硬件、軟件系統(tǒng)，尤其適合于粉末衍射分析 ，可根據(jù)實(shí)際需要選擇探測(cè)系統(tǒng)及分析軟件， 適用于多用戶的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。,44,8.3.2 X 射線衍射儀實(shí)例,圖23 D8 ADVANCE with DAVINCI XRD 儀,具有很廣的通用性，幾乎可滿足各種類型的粉末衍射分析需要，具有操作安全、簡(jiǎn)便、適用范圍寬

17、等突出優(yōu)點(diǎn)。,45,8.3.2 X 射線衍射儀實(shí)例,圖24 The New D8 DISCOVER XRD 儀,借助實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及即插即用技術(shù)，使得該款儀器非常方便于在不同分析目的間進(jìn)行切換 包括：反射、高倍衍射 、小角 X射線散射以及殘余應(yīng)力和組織結(jié)構(gòu)研究等等。,46,8.3.2 X 射線衍射儀實(shí)例,圖25 X-ray Metrology with the D8 FABLINE,由于X射線衍射分析具有非破壞性、精確且可靠，而且可以提供材料納米尺度上的關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)信息，因此在半導(dǎo)體工業(yè)或研究領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢(shì)和意義。該儀器非常適合于半導(dǎo)體加工制備過程中的在線結(jié)構(gòu)監(jiān)控和分析。,47,8.3.2

18、X 射線衍射儀實(shí)例,圖26 D8 DISCOVER with GADDS,可采用多種樣品形態(tài)進(jìn)行多類型分析，包括小角度 X射線散射和 X射線衍射分析；關(guān)鍵硬件主要有：激光排樣體系以及自主創(chuàng)新的 HI-ST RA探測(cè)系統(tǒng)。,48,8.3.2 X 射線衍射儀實(shí)例,圖27 NANOSTAR XRD 儀,納米材料的制備及研究是材料領(lǐng)域的重要前沿，利用X射線衍射技術(shù)可以分析納米結(jié)構(gòu)信息。該儀器適用于納米材料的結(jié)構(gòu)分析與評(píng)價(jià)。,49,8.3.2 X 射線衍射儀實(shí)例,運(yùn)用超級(jí)快速理論提供高功率的 X射線源 ，該儀器非常適合于尺度處于10 um 左右的樣品衍射分析。此外該儀器借助先進(jìn)的探測(cè)系統(tǒng)使高端可以獲得精

19、確全面的數(shù)據(jù)結(jié)果。,圖28 SUPER SPEED SOLUTIONS XRD 儀,50,8.3.2 X 射線衍射儀實(shí)例,可沿著XYZ三維進(jìn)行靈活移動(dòng)，同時(shí)提供靈活多樣的樣品支座 ，適合于各類樣品的X 射線衍射分析。,圖29 Motorized XYZ sample stage,51,8.3.2 X 射線衍射儀實(shí)例,可沿兩個(gè)不同中心軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，同時(shí)可沿Z 軸移動(dòng)，可安裝于各類 X射線衍射儀用于樣品衍射分析。,圖30 Compact Eulerian cradle,52,8.3.3 X 射線衍射儀基本性能參數(shù),（1） 儀器基本結(jié)構(gòu)組成,高穩(wěn)定性的X射線發(fā)生器； 測(cè)角儀（臥式或立式）； X射線強(qiáng)度

20、測(cè)量系統(tǒng)； 操作分析系統(tǒng)及應(yīng)用分析軟件包；,53,8.3.3 X 射線衍射儀基本性能參數(shù),（2） 主要技術(shù)規(guī)格,額定功率：3KW； X射線管電壓：1060KV 1KV/step； X射線管電流：580mA 1mA/step； X射線管配置：Cu 靶衍射管； 穩(wěn)定度：0.01%； 管電壓和管電流：手動(dòng)設(shè)定或程序控制； 高壓電纜：100KV 介電強(qiáng)度,長(zhǎng)度2米； 保護(hù)及報(bào)警裝置；,高穩(wěn)定性 X射線發(fā)生器：,54,8.3.3 X 射線衍射儀基本性能參數(shù),（2） 主要技術(shù)規(guī)格,測(cè)角儀方式：臥式或垂直； 掃描半徑： 185 mm； 掃描范圍（2）：0o-164o；-60 o-160o； 掃描速度范圍：0

21、.6o-76.2o/min; 掃描方式： 連續(xù)或步進(jìn)掃描; 最小步進(jìn)角度：0.001; 角重復(fù)精度：0.001; 測(cè)量精度：0.005;,測(cè)角儀規(guī)格：,55,8.3.3 X 射線衍射儀基本性能參數(shù),（2） 主要技術(shù)規(guī)格,探測(cè)器規(guī)格：,類型：閃爍計(jì)數(shù)器； 晶體：NaI； 最大線性計(jì)數(shù)器：500,000CPS； 噪聲：10CPS； 能譜分辨率：25%（PC）；60%（SC）； 計(jì)數(shù)方式：微分或積分方式；,56,8.4 X射線衍射分析實(shí)驗(yàn)技術(shù),8.4.1 X 射線照相法,（1）平板照相法,圖31 平板照相法示意圖,平板照相法是 X射線照相法中最基本的類型。通常采用平面底片相機(jī)進(jìn)行拍攝。入射 X射線經(jīng)

22、針孔狹縫后輻照樣品，所得散射線與底片接觸、感光后在底片上可形成一定形狀的衍射花樣。,57,8.4.1 X 射線照相法,（1）平板照相法,圖31 平板照相法示意圖,對(duì)于無規(guī)取向結(jié)晶高聚物，采用特征X射線進(jìn)行輻照，將形成衍射圓錐，最終在底片上形成連續(xù)的衍射同心圓環(huán)。,圖32 無規(guī)取向結(jié)晶聚合物衍射環(huán),58,8.4.1 X 射線照相法,（1）平板照相法,入射 X 射線,針孔狹縫,樣品,平面底片,圖31 平板照相法示意圖,根據(jù)布拉格公式，從平板照相底片圓環(huán)半徑等參數(shù)，可粗略計(jì)算得聚合物晶體點(diǎn)陣面間距 大?。?其中， 為半圓錐角； 為衍射環(huán)半徑； 為樣品至底片距離； 為入射線波長(zhǎng)；,59,8.4.1 X

23、 射線照相法,（1）平板照相法,入射 X 射線,針孔狹縫,樣品,平面底片,圖31 平板照相法示意圖 圖33 取向聚甲醛的平板圖,對(duì)于單軸取向的結(jié)晶聚合物樣品，由于樣品取向，連續(xù)對(duì)稱的衍射圓環(huán)在平面底片上將退化為弧，直至成為斑點(diǎn)。,樣品取向軸,60,8.4.1 X 射線照相法,（1）平板照相法,圖31 平板照相法示意圖,對(duì)于粉末樣品，可將樣品壓入樣品架孔內(nèi)；如果是塊狀樣品，可用刀片切取小片試樣；對(duì)于纖維狀樣品，可將其平行纏繞或粘于樣品框架上。,61,8.4.1 X 射線照相法,（2）德拜-謝樂照相法,圖32 德拜-謝樂攝照示意圖,采用德拜相機(jī)進(jìn)行，由圓筒形外殼、試樣架、光闌和承光管等部分組成。采

24、用特征 X射線輻照位于中心軸線上的樣品，產(chǎn)生的衍射線由四周的底片進(jìn)行感光記錄。,62,8.4.1 X 射線照相法,（2）德拜-謝樂照相法,圖32 德拜-謝樂攝照示意圖,與平板照相法相比，德拜照相法不但能記錄透射區(qū)的衍射，而且也能記錄背射區(qū)的衍射。此外，在已知圓形外殼直徑下，只要知道底片上衍射環(huán)的距離即可很方便確定圓心角。,63,8.4.1 X 射線照相法,（2）德拜-謝樂照相法,其中： 為相機(jī)半徑； 為某一對(duì)衍射線間距。,圖32 德拜-謝樂攝照示意圖,64,8.4.1 X 射線照相法,（2）德拜-謝樂照相法,圖33 德拜-謝樂照相機(jī)及其不同的底片安裝方式,65,8.4.1 X 射線照相法,（2

25、）德拜-謝樂照相法,圖34 德拜-謝樂照相法底片測(cè)量示意圖,德拜照相法所得衍射花樣呈衍射圓弧對(duì)形式出現(xiàn)，由衍射圓錐與底片相交所得，代表某一等同晶面族的反射。,66,8.4.2 X 射線衍射儀法,圖35 X射線衍射儀法示意圖,（1）基本原理,67,8.4.2 X 射線衍射儀法,（2）樣品制備方法,塊狀樣品一般首先研磨成均勻粉末，然后在金屬模框內(nèi)擠壓成片；板狀或薄膜樣品測(cè)試前切成小條直接固定于樣品夾上；纖維狀樣品可纏繞或粘結(jié)于樣品框架上進(jìn)行測(cè)試。,68,8.4.2 X 射線衍射儀法,（3）曲線類型,低分子完善晶體的XRD曲線,圖中每個(gè)衍射峰均非常尖銳，表明樣品具有嚴(yán)格的三維周期性晶格結(jié)構(gòu)，如由低分

26、子晶體樣品。,69,8.4.2 X 射線衍射儀法,（3）曲線類型,結(jié)晶型聚合物的XRD曲線,圖中各衍射峰總體較尖銳 ，但較低分子晶體的衍射峰明顯變寬，代表結(jié)晶能力較強(qiáng)的聚合物樣品。,70,8.4.2 X 射線衍射儀法,（3）曲線類型,低結(jié)晶度聚合物的XRD曲線,結(jié)晶衍射峰的尖銳程度進(jìn)一步下降，一般僅在低衍射區(qū)有較尖銳的衍射峰而高衍射區(qū)峰較平坦，代表低結(jié)晶度的聚合物。,71,8.4.2 X 射線衍射儀法,（3）曲線類型,非晶聚合物的XRD曲線,圖中沒有尖銳衍射峰，僅有一個(gè)平坦的“鈍衍射峰” ，代表非晶聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等等。,72,8.4.2 X 射線衍射儀法,（3）曲線類型,

27、半結(jié)晶聚合物的XRD曲線,圖中含有尖銳衍射峰的同時(shí)含有“鈍衍射峰”，譜圖同時(shí)具備結(jié)晶、非晶譜圖的特征，代表半結(jié)晶型聚合物。,73,8.4.2 X 射線衍射儀法,（4）曲線分析,最大值法： 以衍射峰表觀最大強(qiáng)度處 P點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的衍射角 作為峰位置。,74,8.4.2 X 射線衍射儀法,（4）曲線分析,背底,衍射峰,P,切線法： 以衍射峰兩側(cè)切線的交點(diǎn)P所對(duì)應(yīng)的衍射角 作為峰的位置。,75,8.4.2 X 射線衍射儀法,（4）曲線分析,76,8.5 XRD 的主要應(yīng)用,8.5.1 聚合物物相分析,4.130,3.715,2.969,2.474,2.271,2.209,2.105,HDPE,4.141,3.742,2.482,LDPE,圖36 HDPE和LDPE的X射線衍射譜圖,兩圖中均同時(shí)存在尖銳的結(jié)晶峰和非晶態(tài)漫射峰，表明兩體系內(nèi)均為晶態(tài)與非晶態(tài)共存；但與LDPE比，HDPE圖中銳峰強(qiáng)度明顯更高，表明具有更強(qiáng)的結(jié)晶能力。,77,8.5.1 聚合物物相分析,圖37 各種結(jié)構(gòu)的聚丁二烯X射線衍射譜圖,聚丁二烯具有多種不同的鏈結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致具有完全不同的結(jié)晶能力，在 XRD 譜圖上有完全不同的譜峰特征。,78,8.5.2 聚合物結(jié)晶度的測(cè)定,圖38 st-1,2-PB衍射