X射线衍射(XRD)知识分享
xrd试验原理
xrd试验原理
X射线衍射（X-ray diffraction，简称XRD）是一种常用的物质结构表征方法，它通过分析物质对入射X射线的散射模式，来推断物质的晶体结构和晶体学性质。XRD试验原理基于入射X射线与晶体中的原子或分子相互作用的散射现象，通过测量散射光的强度和角度来获取有关晶体结构的信息。
XRD试验的基本原理是布拉格方程，即nλ = 2d sinθ，其中n为整数，λ为入射X射线的波长，d为晶面的间距，θ为入射角。根据布拉格方程，当入射角θ满足特定条件时，散射光将发生构造性干涉，形成衍射峰。通过测量衍射峰的位置和强度，可以确定晶体的晶格常数和晶体结构。
XRD试验通常使用X射线管产生入射X射线，并通过样品与探测器之间的几何关系来测量散射光的角度。入射X射线通过样品后，与晶体中的原子或分子发生散射，形成衍射光。衍射光经过准直装置后，进入探测器进行检测。探测器通常是一个能够测量X射线强度的光电倍增管或闪烁计数器。
XRD试验可以用于分析各种物质的晶体结构，包括金属、陶瓷、无机化合物、有机化合物等。通过XRD试验，可以确定晶体的晶格类型、晶胞参数、晶体结构和晶体学性质，例如晶体的对称性、晶格畸变、晶体缺陷等。此外，XRD试验还可以用于分析材料的晶体取向、晶体尺寸和应力状态等。
XRD试验的应用领域非常广泛。在材料科学和工程领域，XRD试验可用于材料的相变研究、材料晶体结构的优化设计以及材料的质量控制。在地质学和矿物学领域，XRD试验可用于矿物的鉴定和矿石的分析。在生物科学领域，XRD试验可用于分析生物大分子的结构，如蛋白质和核酸。此外，XRD试验还可以应用于药物研发、环境监测和文物保护等领域。
xrd衍射的基本原理
xrd衍射的基本原理
X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）是一种重要的材料表征技术，广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。XRD的基本原理是利用X射
线与晶体中的原子或分子相互作用而发生散射，观察和分析散射光的方向
及强度分布，以获取有关晶体结构和晶体谱学信息的方法。下面就XRD的
基本原理进行详细探讨。
1.X射线的产生和特性
X射线是一种电磁辐射，具有很高的穿透力和能量。它可以通过将高
速电子束轰击金属靶材产生，这种过程称为X射线产生的X射线管。X射
线的波长通常在0.01-10纳米范围内，对应的频率较高，能量也较高。因此，X射线可以穿透大多数固体物质，并与物质中的原子及其电子相互作用。
2.散射的类型
当X射线与晶体中的原子或分子相互作用时，将产生不同类型的散射
效应：
-弹性散射：也称为布拉格散射，当X射线与晶体中的原子相互作用时，它被散射，并改变行进方向。
-不弹性散射：包括康普顿散射和X射线荧光。康普顿散射是X射线
与物质中的电子相互作用，产生散射X射线，并改变波长和能量。X射线
荧光是当X射线与物质中的原子相互作用时，激发原子内部的电子跃迁，
并发射能量较低的X射线。
3.布拉格定律
布拉格散射是X射线衍射的基础。根据布拉格定律，散射光的出射角度θ与入射角度θ'、波长λ和晶格间距d之间的关系为：2dsinθ = nλ，其中n是任意整数。
4.衍射（散射）图样
当X射线通过晶体后，将形成一系列散射光束，它们以一定的角度散射出去。衍射（散射）图样指的是这些散射光束的空间分布。
5.组成衍射（散射）图样的因素
X射线衍射仪XRD相关术语解释
X射线衍射仪XRD相关术语解释
第一篇：X射线衍射仪XRD相关术语解释
X射线衍射仪(XRD)相关术语解释
λ 非相干散射
当物质中的电子与原子之间的束缚力较小（如原子的外层电子）时，电子可能被X光子撞离原子成为反冲电子。因反冲电子将带走一部分能量，使得光子能量减少，从而使随后的散射波波长发生改变。这样一来，入射波与散射波将不再具有相干能力，成为非相干散射。
λ 相干散射
物质对X射线散射的实质是物质中的电子与X光子的相互作用。当入射光子碰撞电子后，若电子能牢固地保持在原来位置上（原子对电子的束缚力很强），则光子将产生刚性碰撞，其作用效果是辐射出电磁波-----散射波。这种散射波的波长和频率与入射波完全相同，新的散射波之间将可以发生相互干涉-----相干散射。X射线的衍射现象正是基于相干散射之上的。
λ X射线管
衍射用的X射线管实际上都属于热电子二极管，有密封式和转靶式两种。前者最大功率不超过2.5KW，视靶材料的不同而异；后者是为获得高强度的X射线而设计的，一般功率在10KW以上。
λ 密封式管
这是最常使用的X射线管，它的靶和灯丝密封在高真空的壳体内。壳体上有对X射线“透明”的X射线出射“窗孔”。靶和灯丝不能更换，如果需要使用另一种靶，就需要换用另一只相应靶材的管子。这种管子使用方便，但若灯丝烧断后它的寿命也就完全终结了。密封式X射线管的寿命一般为1000—2000小时，它的报废往往并不是与因灯丝损坏，而是由于靶面被熔毁或因受到钨蒸气及管内受热部分金属的污染，致使发射的X射线谱线“不纯”而被废用。
XRD基础知识简介
1、什么是X射线，X射线是什么波？
X射线，又叫X光，英文简称X-ray，是一种电磁波。它的波长介于紫外线和伽玛射线之间，它的波长分布在可见光之外，因此肉眼无法观察到。常用的X射线波长分布在0。5埃~2。5埃。正因为它是一种电磁波，因此它与无线电波、红外线、可见光、伽玛射线等，没有本质区别，只是波长不同而已。
X-ray，X射线电磁波谱图
•X射线既然是一种波，因此在特定条件下，会产生X射线干涉和衍射现象，也可以用频率、波长来表征；
•X射线还具有料子性，它能产生光电效应、荧光辐射和康普顿散射等现象。因此我们可以把X射线看成是一个个的光子（光量子），每一个光子都具有特定的能量。光子数量可以由光电计数器（一种传感器）捕获。
•用于金属探伤的X-ray波长一般在0。05埃~1。0埃之间或更短，因为当X-ray波长愈短时，光子能量就愈大，x-ray的穿透能力就愈强，可以检测更厚、更重的材料。因此有时，我们把波长短的X射线为硬X射线，反之则称为软X射线。
2、XRD是什么，XRD是什么意思？
XRD是什么意思？XRD是英文X-ray diffraction或者X-Ray Diffractometer的缩写，即X射线衍射，或X射线衍射仪。我们经常也把X射线衍射分析技术也直接称为XRD分析，或简称为XRD。
XRD分析手段有很2种，分单晶X射线衍射法，多晶X射线衍射法。对应地，所用的XRD设备，也分为单晶衍射仪和多晶衍射仪。
3、什么是物相？
物相，简称为相，它是有某种晶体结构并能用化学式表征其化学成分（或有一定的成分范围）的固体物质。化学成分不同的是不同的物相，化学成分相同而内部结构不同的，也是不同的物相。例如，同样是铁，它能以晶体结构为体心立方结构的Fe、也能以面心立方结构的Fe、还能以体心立方结构的高温Fe，这3种物相形式存在。
XRD基础知识与分析方法
合 样
I A CK A
2 A w j (m ) j
j 1
n 1
' wA
，I S CK S
2 S w j (m ) j
j 1
n 1
wS
I A K A S w' A K A S (1 wS ) wA I S K S A wS K S A wS
利用XRD法对晶体的晶胞参数进行精确测定。
计算方法如下：
2d sin = n
sin = /2d
将面网间距d和晶胞参数a的关系带入：
d hkl
a h k l
2 2 2
2 2 2 sin h k l 2a
2
2
由测定试样晶体的衍射线出现情况，可确定晶体结构类型； 例：求Al的晶胞参数，用Cu(K1) 射线（ =1.5405埃 ）照射样品，选取 = 81.17 °的衍射线(3 3 3)，则：
04
2.3 晶胞参数的测定
2.4 晶粒尺寸的测定 2.5 应力应变的测量
05
2.1物相分析（定性、定量）
X射线
物相分析指的是对物质中各组成成 分的存在的状态、形态、价态进行确定 的分析方法。 每种物质都有特定的晶格类型和 晶胞尺寸，而这些又都与衍射角和衍
射强度有着对应关系，可以用衍射图
X射线衍射法-XRD
白砂糖的晶体
X射线衍射仪
(3)检测器： 检测器用于检测衍射强度或衍射方向, 然后通过仪 器记录系统得到衍射图谱数据。 测角仪是为了使光源、试样、探测器满足一定的 几何衍射条件。 (4)衍射图的处理分析系统： X射线衍射仪一般都有衍射图处理分析软件的计 算机系统。一般的分析软件有Pcpdgwin，Search match，High score和Jade这四种，后两种比较常 用。
X射线衍射仪分析法的应用
3、结晶度的测定 两态分明的体系中衍射图由两部分简单叠加而 成，一部分是晶态产生的衍射峰，另一部分非 晶态产生的弥散隆峰。理论推导得出，质量结 晶度公式： I
Xc
c
I c kI a
其中，Xc：质量结晶度；Ic：晶体部分的衍射 强度；Ia：非晶体部分的衍射强度；k：单位质 量非结晶态与晶态的相对衍射线系数，称总校
X射线衍射仪的操作
三、数据处理及分析： X射线衍射仪软件系统由数据采集处理软件包和 数据处理软件包两部分组成，其中数据采集处理 软件包可对衍射数据进行自动寻峰、手动寻峰、 积分强度、平滑等处理，而应用软件数据处理软 件包 可对衍射数据进行物相定性、定量分析、全 谱图拟合、半高宽和晶粒尺寸计算等处理。
X射线衍射仪的操作
1、测量结束后，手动退出DX-2500系统控制软件。 2、关闭仪器主机电源。 3、20分钟后关闭冷却水泵。
XRD基础知识与分析方法教案
2.1wk.baidu.com 晶粒取向测定
（111）择优取向
(022)择优取向
薄膜中晶粒取向测量(玻璃上的多晶硅薄膜)
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2.3 晶胞参数的测定
晶胞参数（也称点阵常数，即a、b、c、α、β、γ）是晶体的重要基本参数，一种结晶物相在一定条件下具有一定的点阵参数，当温度、压力、化合物的化学剂量比、固溶体的组分以及晶体中杂质含量的变化都会引起点阵常数发生变化。但这种变化往往是很小（约10-5nm数量级）。因此，利用XRD法对晶体的晶胞参数进行精确测定。
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在不考虑晶体点阵畸变的影响条件下，无应力微晶尺寸可以由谢乐(Scherrer)公式 计算 ：
D：晶粒尺寸（nm）：为衍射角：衍射峰的半高宽，在计算的过程中，需转化为弧度（rad）：单色入射X射线波长(单位：nm)K：为Scherrer常数，当B为峰的半高宽时 k=0.89；当B为峰的积分宽度时 k=0.94
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横坐标2——衍射方向(衍射线在空间分布的方位)
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物质衍射线强度的表达式很复杂，但是可以简明地写成下面的形式：
式中：I0为单位截面积上入射的单色X射线强度；|F|称为结构因子，取决于晶体的结构以及晶体所含原子的性质。K是一个综合因子，它与实验时的衍射几何条件，试样的形状、吸收性质，温度以及其它一些物理常数有关。
XRD知识深度解析
XRD知识深度解析
XRD即X-RayDiffraction（X射线衍射）
的缩写。X射线衍射是一种通过仪器进行检测
的光学分析法，将单色X射线照到粉晶样品上，
若其中一个晶粒的一组面网取向和入射X射线
夹角为θ时，满足衍射条件，则在衍射角2θ
处产生衍射。样品中有多个晶粒并满足衍射。
通过使用粉晶衍射仪的探测器以一定的角度绕
样品旋转，接收到粉晶中不同网面、不同取向
的全部衍射线，获得相应的衍射图谱。通过对
材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，获得
材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形
态等信息的研究手段，但存在灵敏度较低，所
需样品含量大于1%，分析样量一般需要几十
至几百毫米，不能分析非晶样品等问题。
1X射线
X射线是一种波长很短（约为10-8~10-12米），介于紫外线和伽马射线之间的电磁辐射。由德国物理学家伦琴于1895年发现。X射线能够穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相胶乳感光、气体电离。
1.1 X射线的产生
当用一个高能量的粒子（电子、质子等）轰击某物质时，若该物质的原子内层电子被轰击出电子层，便形成空穴，此空穴会立即被较高能级电子层上的电子填充，于是会伴随发射波长不等的X射线。被轰击的物质不同，X射线的波长也不同。
1.2 产生X射线的装置
X射线管
在真空阴极和阳极之间加高压。阴极由钨丝制成，可发射电子。发射电子经高压加速轰击阳极（靶极），将阳极金属内层电子撞出。外层电子跃迁，即释放出X射线。
同步辐射X射线源
需要用强度特别高的X射线源时，常应用同步辐射X射线源。在电子同步加速器或电子储存环中，高能电子在强大的磁偏转力的作用下做轨道运动时，会发射出一种极强的光辐射，称为同步辐射，它的频谱范围包括从红外区域直到硬X射线的各个频段，其中有0.01~40nm之间的连续的各个波长的X射线。同步辐射源强度高，发散度小，稳定性好。
XRD分析总结范文
XRD分析总结范文
X射线衍射(XRD)是一种常用的材料分析技术，用于研究材料的晶体结构、晶体有序性以及晶格参数等方面。通过与标准样品或数据库中的数据进行比对，可以确定材料的物相组成和晶体结构信息。以下是对XRD分析的总结：
XRD分析是一种非破坏性测试方法，可以针对各种材料进行分析，包括晶体、无定形材料和薄膜等。它不需要对样品进行特殊处理或制备，通常只需要将样品装入特定的样品杯中即可进行分析。因此，XRD分析非常适合于材料的快速初步表征。
XRD分析可以提供丰富的信息。通过对X射线的衍射图谱进行解析，可以确定材料的物相组成，即材料由哪些晶体相构成。此外，XRD还可以提供晶格参数和晶胞体积等结构信息，从而帮助研究人员更全面地了解样品的晶体结构。
XRD分析通常需要配备一台X射线衍射仪。X射线衍射仪由X射线发生器、样品支架、X射线探测器和计算机控制系统等组成。X射线发生器产生高能X射线，照射到样品上后会发生衍射现象，衍射的X射线通过探测器检测后转换成电信号，并传输到计算机进行数据处理和分析。
在进行XRD分析时，还需要有标准样品或数据库中的数据进行对比。通过与标准样品或数据库中的数据进行比对，可以确定材料的物相组成和晶体结构。通常可以使用国际晶体学数据库(ICSD)或材料先进开发工具箱(Materials Project)等资源进行数据比对。
XRD分析的结果可以以衍射图谱的形式呈现。衍射图谱通常是以2θ角度为横坐标，以衍射强度为纵坐标的曲线形式展示。在衍射图谱中，每
个峰代表了材料中存在的晶体相，而峰的位置、强度和形状等特征可以提供关于晶体结构和有序性的信息。
(完整)XRD 基本原理
一文看懂XRD基本原理（必收藏）
XRD全称X射线衍射（X—Ray Diffraction）,利用X射线在晶体中的衍射现象来获得衍射后X射线信号特征，经过处理得到衍射图谱。利用谱图信息不仅可以实现常规显微镜的确定物相，并拥有“透视眼”来看晶体内部是否存在缺陷（位错）和晶格缺陷等,下面就让咱们来简要的了解下XRD的原理及应用和分析方法，下面先从XRD原理学习开始。
1
X射线衍射仪的基本构造
XRD衍射仪的适用性很广,通常用于测量粉末、单晶或多晶体等块体材料，并拥有检测快速、操作简单、数据处理方便等优点,是一个标标准准的“良心产品”。
在X射线衍射仪的世界里， X射线发生系统（产生X射线)是“太阳”，测角及探测系统（测量2θ和获得衍射信息)是其“眼睛”，记录和数据处理系统是其“大脑”,三者协同工作,输出衍射图谱。在三者中测角仪是核心部件，其制作较为复杂，直接影响实验数据的精度，毕竟眼睛是心灵的窗户嘛！下面是X射线衍射仪和测角仪的结构简图。
XRD结构简图
XRD立式测角仪
2X射线产生原理
X射线是一种频率很高的电磁波,其波长为10—8-10-12m远比可见光短得多，因为其穿透力很强，并且其在磁场中的传播方向不受影响。小提示:X射线具有一定的辐射，对人体有一定的副作用，目前主要铅玻璃来进行屏蔽。
X射线是由高速运动的电子流或其他高能辐射流（γ射线、中子流等）流与其他物质发生碰撞时骤然减速，且与该物质中的内层原子相互作用而产生的.
X射线管的结构
不同的靶材，因为其原子序数不同，外层的电子排布也不一样,所以产生的特征X射线波长不同。使用波长较长的靶材的XRD所得的衍射图峰位沿2θ轴有规律拉伸;使用短波长靶材的XRD谱沿2θ轴有规律地被压缩。但需要注意的是，不管使用何种靶材的X射线管，从所得到的衍射谱中获得样品面间距d 值是一致的，与靶材无关.
x射线衍射仪(xrd)的工作原理
x射线衍射仪(xrd)的工作原理
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X射线衍射分析(XRD)
2018/11/20
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三、X射线与物质的相互作用
X射线与物质相互作用时，会产生各种不同的
和复杂的过程。但就其能量转换而言，一束X射
线通过物质时，它的能量可分为三部分：其中 一部分被散射，一部分被吸收，一部分透过物 质继续沿原来的方向传播。透过物质后的射线 束由于散射和吸收的影响强度被衰减。
五、 X-射线衍射仪
X射线衍射仪是广泛使用的X射线衍射装置。 1913年布拉格父子设计的X射线衍射装置是衍射 仪的早期雏形，经过了近百年的演变发展，今 天的衍射仪如下图所示。
X射线(多晶体)衍射仪是以特征X射线照射多晶 体样品，并以辐射探测器记录衍射信息的衍射 实验装置。 X射线衍射仪由X射线发生器、X射线测角仪、 辐射探测器和辐射探测电路4个基本部分组成， 现代X射线衍射仪还包括控制操作和运行软件的 计算机系统。
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2、X射线的吸收
物质对 X射线的吸收是指 X射线能量在通过物 质时转变为其它形式的能量。对 X 射线而言， 即发生了能量损耗。有时把 X 射线的这种能量
损耗称为吸收。物质对 X 射线的吸收主要是由
原子内部的电子跃迁引起的。在这个过程中发 生X射线的光电效应和俄歇效应，使X射线的部
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X射线的频率由下式决定： hν＝ ω2 —ω1 式中ω1和ω2为原子的正常状态能量和受刺激状态 时的能量。 当打去K层电子时，所有靠外边的电子层中的电 子都可能落到那个空位上，当产生回落跃迁时就 产生K系的X射线光谱。K系线中，Kα线相当于电 子由L层过渡到K层，Kβ线相当于电子由M层过 渡到K层。当然Kβ线比Kα线频率要高，波长较短。 整个K系X射线波长最短。结构分析时所采用的 就是K系X射线。
x射线衍射(xrd)原理
x射线衍射(xrd)原理
English:
X-ray diffraction (XRD) is a widely used technique for studying the crystallographic structure of materials. The principle of XRD is based on the Bragg's law, which states that when X-rays interact with a crystal, they are diffracted by the atomic planes in the crystal lattice at specific angles. This diffraction pattern can be recorded and analyzed to obtain information about the arrangement of atoms in the crystal.
In XRD, a beam of X-rays is directed toward a crystal sample. The X-rays penetrate the sample and interact with the atoms in the crystal lattice. As they pass through the crystal, the X-rays are diffracted by the crystal planes. The diffraction angles are determined by the spacings between adjacent atomic planes in the crystal lattice, as well as the wavelength of the incident X-rays.
XRD基本原理范文
XRD基本原理范文
X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）是一种常用的材料结构表征
技术，通过测量物质对入射X射线的衍射现象，可以研究材料的晶体结构、晶体取向、晶格参数以及晶格缺陷等信息。X射线衍射的基本原理是根据
布拉格定律，当X射线入射到晶体上时，由于晶体的周期性结构，入射X
射线会产生衍射现象，形成一系列衍射斑点。通过测量衍射斑点的位置、
强度和形状等信息，可以得到晶体的结构参数。
X射线衍射实验通常使用摄谱仪来进行，其中包含了X射线源、样品台、衍射器件和探测器等部分。X射线源通常使用钨或铜靶，通过加热或
电子轰击的方式产生X射线。样品台是用来放置样品的平台，在实验过程
中可以进行样品的旋转或倾斜调整，以改变入射角度和观察角度。衍射器
件一般为晶体或粉末样品，用来产生和接收X射线的衍射。通常使用的晶
体有单晶和多晶，单晶用于研究晶体的结构和取向，而多晶用于研究晶体
的结构和缺陷。探测器用来测量衍射的强度和位置，常见的有Geiger-Muller计数管、闪烁计数器和区域探测器等。
在实验过程中，首先调整入射角度和观察角度，使得入射X射线能够
满足布拉格定律。布拉格定律可以表示为：nλ = 2dsinθ，其中n是衍
射的级数，λ是X射线的波长，d是晶面的晶格间距，θ是入射角度。
当入射角度满足布拉格定律时，对应的衍射斑点会出现在探测器上。
通过测量衍射斑点的位置和强度，可以得到晶格的结构参数。衍射斑
点的位置可以通过计算得到晶格常数，晶面间距以及晶体的晶体结构等信息。衍射斑点的强度可以反映晶体的晶格缺陷和取向情况。比如，晶体中
xrd复习题
xrd复习题
X射线衍射（XRD）是一种常用的材料结构表征技术，广泛应用于材料科学、
物理学和化学等领域。在进行XRD实验前，复习相关的知识点是非常重要的。
本文将回顾一些常见的XRD复习题，帮助读者巩固相关概念和理论。
1. X射线衍射的基本原理是什么？
X射线衍射是一种通过材料晶体中的原子排列对入射X射线进行散射的现象。
根据布拉格方程，当入射X射线的波长与晶格间距的关系满足条件时，会出现
衍射峰。通过测量衍射峰的位置和强度，可以确定材料的晶体结构和晶格参数。
2. 什么是布拉格方程？它的数学表达式是什么？
布拉格方程描述了X射线衍射的条件。它可以用数学表达式表示为：nλ =
2dsinθ，其中n是整数，λ是入射X射线的波长，d是晶格间距，θ是入射角。3. 如何确定材料的晶体结构？
通过X射线衍射实验，可以得到一系列的衍射峰。根据布拉格方程，可以计算
出每个衍射峰对应的d值。然后，结合其他实验数据和理论模型，可以利用计
算方法进行晶体结构的确定。
4. 什么是衍射峰的半高宽？它与晶体的结晶质量有什么关系？
衍射峰的半高宽是衡量衍射峰形状的一个参数。它反映了晶体的结晶质量和缺
陷情况。晶体结晶质量越好，衍射峰的半高宽越窄；晶体中存在缺陷或晶格畸
变时，衍射峰的半高宽会增大。
5. X射线衍射实验中的仪器有哪些？
常见的X射线衍射实验仪器包括X射线发生器、样品支架、衍射仪和探测器等。X射线发生器用于产生入射X射线，样品支架用于固定待测样品，衍射仪用于
接收和测量散射X射线，探测器用于转换X射线信号为电信号。
6. 在X射线衍射实验中，为什么要使用单晶样品？
XRD的基本知识
X射线发生器
X射线多晶衍射仪的X射线发生器由X射线管、高压发生器、管 压和管流稳定电路以及各种保护电路部分组成。 现代衍射用的X射线管都属于热电子二极管，有密封式和转靶 式两种。前者最大功率在2.5kw以内，视靶材料的不同而异； 后者是为了获得高强度X射线而设计的，一般功率在10kw以上， 目前常用的有9kw、12kw和18kw几种。 X射线管实质上是一个真空二极管，给阴极加上一定的电流被 加热时，便能放出热辐射电子。在数万伏特高压电场的作用下， 这些电子被加速并轰击阳极。阳极又称为靶，是使电子突然减 速和发射X射线的地方。常用的阳极材料有Cr、Fe、Co、Ni、 Cu、Mo、Ag、W等。现在最常用的是Cu靶。
X射线的产生
X射线的产生可以有多种方式。常规X射线衍射仪器所 配备的X射线发生器，都是通过高速电子流轰击金属靶 的方式获得X射线，对于那些特殊的研究工作可以利用 同步辐射X射线源。
XRD的基本原理
当一束X射线照射到晶体上时，首先被电子所散射，每个 电子都是一个新的辐射波源，向空间辐射出与入射波同频 率的电磁波。在一个原子系统中主要是考虑电子间的相互 干涉作用，所有电子的散射波都可以近似看作是由原子中 心发出的。因此，把每个晶体中每个原子都看成是一个新 的散射波源，它们各自向空间辐射与入射波同频率的电磁 波。由于这些散射波之间的干涉作用，使得空间某些方向 的波始终保持相互叠加，于是在这个方向可以观测到衍射 线，而在另一些方向上的波始终是相互抵消的，于是就没 有衍射线产生。所以，X射线在晶体中的衍射现象，实质 上是大量的原子散射波相互干扰的结果。
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• c、荧光辐射
当X射线光量子具有足够高的能量时，可以将被照射 物质原子中的内层电子激发出来，使原子处于激发状态， 通过原子中壳层上的电子跃迁辐射出X射线特征谱线。这 种利用X射线激发作用而产生的新特征谱线称为二次特征 辐射也称为荧光辐射。
入射X射线光量子的能量加必须等于或大于特此原子 某一壳层的电子激发出所需要的脱出功。即：
• 上式是X射线在晶体中产生衍射必须满足的基本条件，它反 映了衍射线方向与晶体结构之间的关系。这个关系式首先 由英国物理学家布拉格父子于1912年导出，故称为布拉格 方程。
2、布拉格方程的讨论
• a、选择性反射
在晶体中的衍射实质上是晶体中各原子散射波 X射线之间的干涉结果。只是由于衍射线的方向恰 好相当于原子面对入射线的反射，所以才借用镜 面反射规律来描述X射线的衍射几何。但原子面对
• 高速运动的电子与靶材作用可能存在两种情况： • (a) 电子与原子的核心电场作用 • (b) 电子与核外电子作用
X 射线的波动性与粒子性是X 射线具有的客 观属性
• (a) 波动性：
1913年德国物理学家劳厄(M．V. Laue)等发现X 射线衍射现象，从而证实了X射线本质是一种电磁波， 它与可见光一样，X射线以光速沿直线传播，其电场 强度矢量E和磁场强度矢量H相互垂直，并位于垂直于 X射线传播方向的平面上。通常X射线波长范围为10～ 0.001nm，衍射分析中常用波长在0.05～0.25nm范围 内。
•
一束波长为的X射线以角投射到面间距为d的一组平行原子面上
。从中任选两个相邻原子面Pl、P2作原子面的法线与两个原子面相交 于A、B。过A、B绘出代表Pl、P2原子面的入射线和反射线。由图可以 看出，经Pl、P2两个原子面反射的反射波光程差为： =EB＋
BF=2dsin，干涉加强的条件为：
•
2dsin =n
X射线的反射并不是任意的，只有当、 和d 三者
之间满足布位格方程时才能发生反射。所以把X射 线的这种反射称为选择反射。
• b、产生衍射的极限条件
在晶体中产生衍射的波长是有限度的。在电磁波的宽 阔波长范围里，只有在X射线波长范围内的电磁波才适合 探测晶体结构。这个结论可以从布拉格方程中得出。
• a、相干散射
经典电动力学理论指出，X射线是一种电磁波，当它 通过物质时，在入射束电场的作用下，物质原子中的电子 将被迫围绕其平衡位置振动，同时向四周幅射出与入射X 射线波长相同的散射X射线，称之为经典散射。由于散射 波与入射波的频率或波长相同，位相差恒定，在同一方向 上各散射波符合相干条件，故又称为相干散射。相干散射 是X射线在晶体中衍射的基础
• （b）粒子性：
X射线在空间传播具有粒子性，或者说X射线是由 大量以光速运动的粒子组成的不连续的粒子流，这些粒 子叫光量子，每个光量子具有能量：
E
h
h
c
每个光量子的能量是X射线的最小能量单位。当它
和其他元素的原子或电子交换能量时只能一份一份地以
最小能量单位被原子或电子吸收。
二、X射线与物质相互作用
•
对于同一物质，线吸收系数正比于它的密度，为此引
入质量吸收系数m， m= l/。
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• 质量吸收系数 很大程度上取决于物质的化学成分和被吸收
的入射x射线波长。
当X射线透过多种元素组成的物质时，X射线的衰减情况 受到组成该物质的所有元素的共同影响，由被照射物质原子本 身的性质决定，而与这些原子间的结合方式无关。多种元素组 成物质的质量吸收系数由下式表示：
• b、非相干散射
当X射线光量子冲击束缚力较小的电子或自由电子时 ，产生一种反冲电子，而入射X射线光置于自身则偏离入 射方向(散射角为)。散射X射线光量子的能量固部分转化 为反冲电子的动能而降低波长增大。散射波的位向与入射 波的位相之间不存在固定关及故这种散射波是不相干的， 故称之为非相干散射或称康普顿－吴有训散射。
• b、多层原子面的反射
由于X射线的波长短，穿透能力强，它不仅能使晶体表面的原子成 为散射波源，而且还能使晶体内部的原子成为散射波源。在这种情况 下，应该把衍射线看成是由许多平行原子面反射的反射波振幅叠加的 结果。干涉加强的条件是晶体中任意相邻两个原子面上的原于散射波
在原子的反射方向上的相位差为2的整数倍，或者光程差等于波长的 整数倍。
N
m
( m)i wi
i1
式中 (m)i为第i 种元素的质量吸收系数，wi为各元素的重量百
分比，N表示该物质是由N 种元素组成的。
X射线经过物质时的相互作用
三、X射线衍射原理－布拉格定律
• 1、布拉格方程的导出
布拉格定律是应用起来很方便的一种衍射几 何规律的表达形式。用布拉格定律描述X射线在晶 体中的衍射几何时，是把晶体看作是由许多平行 的原子面堆积而成，把衍射线看作是原子面对入 射线的反射。这也就是说，在X射线照射到的原子 面中所有原子的散射波在原子面反射方向上的相 位是相同的，是干涉加强的方向。
hK=hc/KeVK
式中 VK为K系辐照的激发电压， K为产生K系激发的最
长波长，称为K系特征辐射的激发限
• d、X射线的衰减
X射线穿透过物质时，其强度要衰减。衰减的程度随 所穿过物质厚度的增加按指数规律减弱，即：
I=I0e- lx
式中 I0和I分别为入射X射线强度和穿透过厚度为x的物质
后的X射线强度；l为衰减系数也称线吸收系数。
X射线衍射分析仪
谢金龙
• 一、X射线产生 • 二、X射线与物质的相互作用 • 三、X射线衍射原理 • 四、试验方法及样品制备 • 五、粉末衍射仪的工作方式
• 一、X射线的产生
• X射线是1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线时发现 的。
• X射线是高速运动的荷电粒子(例如电子)在突然减速时产 生的。
• a、在单一原子面情况
当一束平行的X射线以角投射到一个 原子面上时，其中任意两个原子A、B的散 射波在原子面反射方向上的光程差为：
=CB-AD
=ABcos -ABcos =0 A、B两原子散射波在原子面反射方向上 的光程差为零，说明它们的相位相同，是干 涉加强的方向。由此看来，一个原子面对X 射线的衍射可以在形式上看成为原子面对入 射线的反射。