X射线衍射分析
X射线衍射分析
X射线衍射分析X射线衍射分析是一种重要的材料表征方法，它能够帮助科学家研究物质的结构和性质。
X射线衍射分析技术被广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
本文将介绍X射线衍射分析的原理、仪器设备，以及在实际应用中的一些案例。
X射线衍射分析的原理基于X射线与物质相互作用的规律。
当X射线照射到物质上时，X射线与物质中的原子发生散射，形成衍射图样。
这些衍射图样包含了物质的晶体结构信息。
通过分析这些衍射图样，我们可以了解物质的晶体结构、晶格参数以及晶体中的原子位置。
X射线衍射实验通常使用X射线衍射仪进行。
X射线衍射仪由X射线源、试样台和衍射检测器组成。
X射线源产生高能量的X射线束，试样台用于放置待测样品，而衍射检测器则用于检测经过试样台衍射的X射线。
在实验中，我们需要调整X射线源和试样台的相对位置，使得试样台上的样品能够受到均匀的X射线照射，并且衍射信号能够被检测器准确地记录下来。
X射线衍射实验的结果通常以X射线衍射图样的形式呈现出来。
X射线衍射图样是一系列强度和角度的关系曲线。
通过对衍射图样的分析，我们可以确定材料的晶体结构。
根据布拉格方程，我们可以计算出晶面的间距，从而推导出晶体中原子的位置和晶格参数。
X射线衍射分析可以应用于各种各样的材料。
例如，材料科学家可以通过X射线衍射分析来研究金属的晶体结构和晶格缺陷。
化学家可以使用X射线衍射分析来确定化合物的晶体结构，从而帮助他们理解化学反应的机理。
生物学家可以利用X射线衍射分析来研究蛋白质的三维结构，从而揭示生物分子的功能和活动机制。
除了单晶衍射分析，还有一种称为粉末衍射分析的技术。
粉末衍射分析可以用于不规则形状的晶体或非晶体材料的结构分析。
在粉末衍射分析中，试样通常是细粉末状的物质。
通过对粉末衍射图样的分析，我们可以推导出材料的平均晶体结构。
总之，X射线衍射分析是一种重要而强大的材料表征技术。
它可以帮助科学家研究物质的结构和性质，并为材料科学、化学、生物学等领域的研究提供有效的工具和方法。
X射线衍射分析方法
X射线衍射分析方法X射线衍射分析是一种常用的材料结构分析方法，通过探测和分析样品对入射的X射线的散射方向和强度，来确定样品中原子的排列方式和晶体结构。
X射线衍射分析方法基于X射线作为电磁波的性质，具有较高的分辨率和广泛的应用领域。
nλ = 2d sinθ其中，n为衍射的阶数，λ为X射线的波长，d为晶格的晶面间距，θ为入射射线与晶面的夹角。
X射线衍射的实验装置通常由一个X射线源、一个单色器（用于选择特定波长的X射线）、一个样品台和一个衍射探测器组成。
实验过程中，样品被放置在样品台上，入射射线照射到样品上后产生散射射线，散射射线被探测器接收，并转化成电信号进行记录和分析。
1. 粉末X射线衍射（Powder X-Ray Diffraction，PXRD）：粉末X射线衍射是最常用的X射线衍射分析方法，适用于晶体和非晶态样品。
通过测量样品中X射线的衍射图样，可以确定晶体的结构、晶胞参数和晶格的对称性。
粉末X射线衍射还可以用于定量分析样品中各种组分的含量。
2. 单晶X射线衍射（Single Crystal X-Ray Diffraction，SCXRD）：单晶X射线衍射是研究晶体结构最直接、最准确的方法。
通过测量特定晶面上的衍射强度和散射角度，可以获得晶体的精确结构和原子的位置信息。
这种方法对于研究有机小分子、无机晶体和金属晶体的结构非常有价值。
3. 催化剂的X射线衍射（Catalytic X-Ray Diffraction）：催化剂的X射线衍射用于研究催化剂的晶体结构和相组成，从而了解催化剂在反应中的性能和活性。
这种分析方法对于设计和优化催化剂非常重要。
4.衍射峰位置和衍射峰宽度分析：X射线衍射分析中，可以通过测量衍射峰在散射角度上的位置和宽度来研究样品的晶体结构和缺陷情况。
衍射峰的位置与晶胞参数相关，而衍射峰的宽度与晶体的结构缺陷和晶体的有序程度有关。
总结起来，X射线衍射分析方法是一种非常重要的材料结构分析方法，通过测量样品对入射X射线的衍射方向和强度，可以确定样品中原子的排列方式和晶体结构。
X射线衍射分析原理
X射线衍射分析原理X射线衍射分析是一种重要的材料表征技术，其原理基于X射线与晶体相互作用时发生的衍射现象。
这种技术可以用来确定物质的结晶结构、晶体畸变、晶粒尺寸、相对结晶取向以及晶体缺陷等信息。
下面我将详细介绍X射线衍射分析的原理。
1.X射线衍射的基本原理X射线是一种电磁波，其波长比可见光短得多，因此它能够穿透晶体射出到另一侧。
当X射线穿过晶体时，会与晶体内的原子相互作用，发生散射。
如果晶体具有周期性排列的原子结构，那么经过散射后的X射线将会发生衍射现象。
2.布拉格衍射原理布拉格衍射原理是X射线衍射分析的基础。
根据布拉格方程，当入射光束与平行晶面之间的入射角等于出射角时，X射线会以构成等边三角形的一系列角度散射出来。
这些出射角对应的散射光将相干地叠加在一起，形成衍射图样。
布拉格方程可以表示为：n·λ = 2d sinθ其中，n为衍射级别，λ为入射X射线的波长，d为晶体面间的距离，θ为入射角。
根据布拉格方程，通过测量入射角和衍射角的大小，可以计算出晶格的间距d。
3.X射线衍射仪器为了进行X射线衍射分析，需要使用特殊的仪器。
其中最常见的是X射线粉末衍射仪（X-ray powder diffraction, XRD）。
它通过将样品制成粉末并均匀散布在载体上，然后用X射线照射样品，测量出射的衍射波，进而得到衍射图案。
X射线衍射仪由X射线管、样品支架、光学系统、检测器和计算机等组成。
X射线管产生X射线，经过光学系统聚焦后通过样品。
样品中的晶体结构会散射入射的X射线，散射波经过光学系统再次聚焦到检测器上，通过检测器的信号可以得到衍射图案。
根据衍射图案，可以通过相关数据分析获得样品的结晶结构和特征。
4.衍射图案分析衍射图案是X射线衍射分析的核心结果。
通过衍射图案的分析，可以获取材料的晶格常数、晶体结构、晶格取向和晶体畸变等信息。
衍射图样的主要特征是峰（peak），峰对应于衍射波的散射角度。
每个峰的位置、强度和形状都包含了样品的结构信息。
X射线衍射分析原理及应用
X射线衍射分析原理及应用一、X射线衍射分析的原理X射线衍射的基本原理是当X射线入射到晶体表面时，由于晶体具有定向排列的原子或离子，X射线与晶体中的电子发生相互作用并散射，形成不同方向上的干涉条纹，通过测量和分析这些干涉条纹的位置和强度可以推断出晶体的结构特征。
具体来说，X射线衍射分析的原理可以归纳为以下几个方面：1. 布拉格法则：当入射角θ和出射角θ'满足布拉格方程nλ = 2d·sinθ，即入射的X射线与晶体晶面的倾角和衍射角满足特定的关系时，会发生衍射。
2.动态散射：在晶体中，入射的X射线会与晶格中的电子发生相互作用，散射成各个方向上的次级波，波的振动方向垂直于入射方向。
3.干涉：次级波在不同晶面的散射电子之间发生干涉，产生特定的干涉条纹。
4.衍射图样：干涉条纹的位置和形状与晶体的晶胞结构、晶面间距以及晶体取向有关，通过测量和分析衍射图样可以确定这些信息。
二、X射线衍射分析的应用1.晶体结构分析：通过在不同角度下测量样品的X射线衍射图样，可以推断出材料的晶体结构，包括晶胞参数、晶面间距、原子位置等信息。
这对于理解材料的物理、化学以及电子结构等性质非常重要。
2.晶体取向分析：X射线衍射分析可以用来确定晶体中不同晶向的取向分布，即晶体中晶面的取向。
这对于材料工艺和性能的控制具有重要意义，例如金属的冷轧、挤压等过程中，晶体的取向对材料的力学性能有很大影响。
3.晶体缺陷分析：晶体中存在着各种缺陷，如位错、晶界、析出相等。
通过观察和分析X射线衍射图样中的峰形和峰宽等信息，可以确定晶体的缺陷类型和含量，进而了解材料的机械、电学以及热学性质。
4.应力分析：在材料的变形过程中，晶体中会引入应力场。
应力会引起晶格的畸变，从而导致X射线衍射图样的形状和位置发生变化。
通过分析这些变化可以得到材料中的应力分布和大小，对于材料的力学性能的评估和优化具有重要意义。
总之，X射线衍射分析是一种非常重要的材料表征方法，可以提供丰富的关于晶体结构、晶胞参数、晶体取向以及晶体缺陷等信息。
X射线衍射分析
X射线衍射分析X射线衍射分析是一种广泛应用于材料科学和固态物理领域的实验技术。
通过照射物质样品，利用X射线在晶体中的衍射现象，可以获得有关物质结构和晶体学信息的重要数据。
本文将介绍X射线衍射分析的原理、应用和发展。
一、X射线衍射分析原理X射线衍射分析的基本原理是X射线的衍射现象。
当X射线照射到晶体上时，晶体中的原子会对X射线产生散射，形成一种有规律的衍射图样。
这个衍射图样会显示出晶体的结构信息，包括晶体的晶格常数、晶胞形状和晶体的定向等。
X射线衍射实验一般使用Laue方法或布拉格方法。
Laue方法是在一束平行的X射线照射下，观察其经过晶体后的衍射图样，通过分析该图样可以得到晶体的结构信息。
布拉格方法则是通过将一束X射线通过晶体，利用布拉格方程进行衍射角度的计算，从而确定晶体的晶格常数和定向。
二、X射线衍射分析应用X射线衍射分析被广泛应用于材料科学和固态物理领域。
它可以用来研究晶体的结构和晶体学性质，例如晶格参数、晶胞参数和晶体定向。
此外，X射线衍射还可以用于材料的质量控制和表征、相变研究、晶体缺陷分析等。
在材料科学领域，X射线衍射分析常用于矿物学、金属学和半导体学的研究。
例如，在矿物学中，通过X射线衍射分析可以确定矿石中的不同晶型矿物的比例和结构信息。
在半导体学中，X射线衍射分析可以帮助研究晶体管的晶格结构和界面形态。
三、X射线衍射分析的发展X射线衍射分析作为一种实验技术，随着科学研究的深入不断发展。
在仪器设备方面，X射线源的进步使得可以获得更高分辨率的衍射图样；探测器的改进使得观测和数据分析更加准确和高效。
同时，随着计算机技术的发展，数据处理和分析的速度大大提高，使得研究人员可以更直观、更准确地分析X射线衍射图样。
此外，X射线衍射分析的理论研究也在不断深入，衍射峰的定性和定量分析方法得到了大量改进，使得X射线衍射分析在材料科学研究中的应用更加广泛。
总结：X射线衍射分析是一种重要的实验技术，在材料科学和固态物理领域具有广泛的应用价值。
01-X射线衍射分析
5
1912年，德国物理学家劳厄（ue）发现X 射线可被晶体衍射，一方面证明X 射线是一种电磁 波，另一方面为晶体结构的研究开辟了道路。
铅
X
屏
射
线
管
晶体
底 片
6
1912年，英国物理学家布拉格（W.L.Bragg）提出 了布拉格方程。
1913年，与他的父亲（W.H.Bragg）一起，首次用 X 射线衍射法测定了NaCl 晶体结构，开创了 X 射线 晶体结构分析的历史。
布拉格父子
7
二 Bragg方程
晶体的空间点阵可划分为一族平行而等间距的平面点阵 （hkl）。同一晶体不同指标的晶面在空间的取向不同，晶 面间距 d（hkl）也不同。
2dsinθ=n λ
X 射线波长范围为10-2～102Ǻ 之间,常用于X 射线衍射的波长范围为：0.25～5nm。
当 X 射线波长一定时，晶体中有可能参加反射 的晶面族也是有限的，它们必须满足 d > λ / 2，即： 只有那些晶面间距大于入射 X 射线波长一半的晶面 才能发生衍射。
n < 2d / λ,n的取值是有限的
X射线性质：1）为不带电的粒子流，由实验发现不受电场磁场影响。 本质和光一样。是波长很短的电磁波。 0.01～100埃
2）穿透力强，穿过不同媒质时几乎不折射不反射。
以Cu为阳极 靶为例，当高压达到 35～40Kv 的水平时， 被加速的电子足以将 Cu 原子最内层的 K 电子（即1s电子） 轰击出来，然后次内层 L 电子（2s 和 2p电子）补入 K 层中 的空位，因势能下降而发生 X 射线。
X射线衍射技术分析
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三、X射线的产生及性质
常规的X射线仪器所配备的X射线发生 器，都是通过高速电子流轰击阳极靶的方 式获得的。 X射线的波长λ的范围在0.001-10nm 之间。在聚合物X射线衍射方法中所使用 的X射线波长范围一般为0.05-0.25nm，因 为这个波长与高聚物微晶单细胞长度0.22nm大致相当。
X射线衍射技术分析
闫学通
一、X射线衍射原理简介
X射线衍射分析是利用晶体形成的X射线 衍射，对物质进行内部原子在空间分布状况 的结构分析方法。将具有一定波长的X射线照 射到结晶性物质上时，X射线因在结晶内遇到 规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X 射线在某些方向上相位得到加强，从而显示 与结晶结构相对应的特有的衍射现象。衍射 方向与晶胞形状及大小有关，衍射强度则与 原子在晶胞中排列的方式有关，故而可以通 过衍射现象来分析晶体内部结构的诸多问题。
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X射线衍射分析
X射线衍射分析X射线衍射分析(X-ray Diffraction, XRD)是一种重要的材料分析技术，用于研究晶体的结构和性质。
它利用X射线的特征衍射现象，通过测量和分析样品对X射线的衍射图案，可以确定样品的晶胞、晶体结构、晶格常数等信息。
X射线衍射分析最早由德国物理学家Wilhelm Conrad Röntgen于1895年发现，并因此获得了1901年的诺贝尔物理学奖。
从那时起，X射线衍射分析在材料科学、物理学、化学等领域得到了广泛应用。
在X射线衍射实验中，样品首先被放置在样品支架上，然后被照射一束特定的X射线。
当X射线通过样品时，由于样品的晶体结构，它们将被散射成不同的角度。
探测器可以记录这些衍射角度和强度，并将其转换为衍射图谱。
通过分析衍射图谱，可以确定样品的晶体结构和晶胞参数。
这是因为每个晶体都有一组特定的晶胞参数，如晶格常数、晶体类别、晶胞形状等等。
根据衍射角度和衍射强度之间的关系，可以计算出这些晶胞参数。
除了确定晶体结构外，X射线衍射分析还可以用于确定晶体的物理性质，如晶格常数的变化、晶体的缺陷、晶体的应力情况等等。
通过对衍射图谱进行进一步的分析和计算，可以得到这些信息。
X射线衍射分析在材料科学中具有广泛的应用。
它可以用于研究各种不同类型的材料，如金属、陶瓷、液晶、聚合物等等。
通过确定晶体结构和物理性质，可以帮助科学家和工程师设计新的材料，改进现有材料的性能，解决材料失效问题等等。
总而言之，X射线衍射分析是一种重要的材料分析技术，通过测量和分析样品对X射线的衍射图案，可以确定样品的晶胞、晶体结构、晶格常数等信息。
它在材料科学、物理学、化学等领域具有广泛的应用，对于研究和开发新型材料具有重要意义。
X射线衍射分析
X射线衍射分析X射线衍射相分析（phase analysis of xray diffraction）利用X射线在晶体物质中的衍射效应进行物质结构分析的技术。
目录简介应用实例认真内容理论进展简介X射线衍射相分析（phase analysis of xray diffraction）利用X射线在晶体物质中的衍射效应进行物质结构分析的技术。
每一种结晶物质，都有其特定的晶体结构，包括点阵类型、晶面间距等参数，用具有充足能量的x射线照射试样，试样中的物质受激发，会产生二次荧光X射线（标识X射线），晶体的晶面反射遵从布拉格定律。
通过测定衍射角位置（峰位）可以进行化合物的定性分析，测定谱线的积分强度（峰强度）可以进行定量分析，而测定谱线强度随角度的变化关系可进行晶粒的大小和形状的检测。
应用实例样品要求1、金属样品如块状、板状、圆拄状要求磨成一个平面，面积不小于10X10毫米，假如面积太小可以用几块粘贴一起。
2、对于片状、圆拄状样品会存在严重的择优取向，衍射强度异常。
因此要求测试时合理选择响应的方向平面。
3、对于测量金属样品的微观应力（晶格畸变），测量残余奥氏体，要求样品不能简单粗磨，要求制备成金相样品，并进行一般抛光或电解抛光，除去表面应变层。
4、粉末样品要求磨成320目的粒度，约40微米。
粒度粗大衍射强度低，峰形不好，辨别率低。
要了解样品的物理化学性质，如是否易燃，易潮解，易腐蚀、有毒、易挥发。
5、粉末样品要求在3克左右，假如太少也需5毫克。
6、样品可以是金属、非金属、有机、无机材料粉末。
应用范围物相分析晶体的X射线衍射图像实质上是晶体微观结构的一种精细多而杂的变换，每种晶体的结构与其X射线衍射图之间都有着一一对应的关系，其特征X射线衍射图谱不会由于它种物质混聚在一起而产生变化，这就是X射线衍射物相分析方法的依据。
制备各种标准单相物质的衍射花样并使之规范化，将待分析物质的衍射花样与之对比，从而确定物质的构成相，就成为物相定性分析的基本方法。
X射线衍射分析
4、晶粒尺寸和点阵畸变的测定
• 若多晶材料的晶粒无畸变、足够大，理论上其粉末 衍射花样的谱线应特别锋利，但在实际实验中，这 种谱线无法看到 • 这是因为仪器因素和物理因素等的综合影响，使纯 衍射谱线增宽了。
晶面指数的例子
（010）
Z
（100）
（120） （102） （111） （321）
X Y
正交点阵中一些晶面的面指数
晶面指数的意义
• 晶面指数所代表的不仅是某一晶面，而是代表着一 组相互平行的晶面。 • 在晶体内凡晶面间距和晶面上原子的分布完全相同， 只是空间位向不同的晶面可以归并为同一晶面族， 以{h k l}表示，它代表由对称性相联系的若干组等 效晶面的总和。
3、空间点阵与晶体结构
• 晶体结构=点阵+结构基元 • 晶胞=点阵格子+结构基元
• 空间点阵是晶体中点阵点排列的几何学抽象， 用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性， 由于各阵点的周围环境相同，它只能有14种 类型。 • 晶体结构则是晶体中实际质点（原子、离子 或分子）的具体排列情况，它们能组成各种 类型的排列，因此，实际存在的晶体结构是 无限的。
总结
三、X射线衍射仪
• X射线衍射仪是利用衍射原理，精确测定物质 的晶体结构、织构及应力，精确的进行物相分 析，定性分析，定量分析。广泛应用于冶金、 石油、化工、科学研究、航空航天、教学、材 料合成与生产等领域。
高功率多晶X-射线衍射仪 （18Kw D/max-2500型）
D/max-2500型多晶X-射线衍射仪
• 点阵是反映晶体结构周期性的科学抽象。 • 晶体则是点理论的实践依据和晶体研究对象。
X射线衍射分析
X射线衍射分析X射线衍射分析是一种用于研究材料晶体结构的重要技术。
通过利用X射线与晶体相互作用产生的衍射现象，可以确定材料的晶体结构、晶格参数和晶体中原子的排列方式。
本文将介绍X射线衍射的原理、仪器设备以及应用领域。
一、X射线衍射的原理X射线衍射基于布拉格方程，该方程描述了X射线在晶体中的衍射现象。
布拉格方程可以表示为：nλ = 2dsinθ其中，n为整数，表示不同的衍射级别；λ为入射X射线的波长；d为晶面间的距离；θ为入射X射线与衍射晶面的夹角。
根据布拉格方程，当入射X射线的波长和入射角度确定时，可以通过测量衍射角来确定晶面间的距离，从而推断晶体结构的特征。
二、X射线衍射仪器设备X射线衍射分析通常使用X射线衍射仪器进行实验。
主要的仪器设备包括X射线发生器、样品台、衍射角度测量装置以及检测器等。
X射线发生器用于产生高能量的X射线，通常采用射线管产生连续谱的X射线。
样品台用于将待测样品放置在适当的位置，使得X射线能够与样品相互作用。
衍射角度测量装置用于测量入射X射线与衍射晶面之间的夹角。
检测器用于记录衍射信号，常见的检测器有点状探测器、平板探测器等。
三、X射线衍射分析的应用X射线衍射分析广泛应用于材料科学、地质学、化学等领域。
具体应用包括：1. 确定晶体结构：通过测量X射线衍射的角度和强度，可以反推晶体的晶格参数和原子排列方式，从而确定晶体结构。
2. 相变研究：X射线衍射可以用于研究材料的相变行为，包括晶体到非晶体的相变、晶体向其他晶体结构转变的相变等。
3. 晶体质量分析：X射线衍射可以用于评估晶体的质量，包括晶体纯度、晶体缺陷等。
4. 定量分析：通过测量不同晶面的衍射强度，可以进行成分定量分析，推断样品中各组分的含量。
5. 晶体学研究：X射线衍射在晶体学研究中有着重要的地位，可以用于确定晶体的空间群、晶格参数等。
四、总结X射线衍射分析是一种有效的研究材料晶体结构的方法。
凭借其高分辨率、非破坏性的特点，X射线衍射已经成为材料科学领域中不可或缺的技术手段。
X射线衍射分析
X射线衍射分析X射线衍射是一种广泛应用于材料科学、生物学、化学等领域的分析技术，它通过衍射现象来研究晶体结构和晶体取向。
本文将介绍X 射线衍射分析的原理、方法以及在不同领域中的应用。
一、X射线衍射原理X射线衍射是指X射线入射到晶体上，由于晶体的周期性结构，X 射线在晶胞中遇到原子核或电子时会发生衍射。
根据布拉格定律，衍射角度与晶格常数、入射波长之间存在特定的关系，通过观察衍射角度和强度可以推断出晶体结构的信息。
二、X射线衍射方法1. 粉末衍射：将样品粉碎成粉末状，通过X射线衍射仪器进行衍射分析，可以获得材料的晶体结构信息。
2. 单晶衍射：用单一晶体进行X射线衍射分析，可以得到更为详细的结构信息，包括原子间的位置和取向。
三、X射线衍射在材料科学中的应用1. 晶体学研究：通过X射线衍射可以确定晶体结构和晶体学参数，揭示材料的性质和相态变化。
2. 晶体生长：X射线衍射可以监测晶体的生长过程，帮助调控晶体的形貌和性能。
四、X射线衍射在生物学中的应用1. 蛋白质结构：X射线衍射被广泛用于解析蛋白质的晶体结构，揭示蛋白质的功能和作用机制。
2. 细胞成像：通过X射线衍射可以对细胞结构进行高分辨率成像，为细胞生物学研究提供重要依据。
五、X射线衍射在化学分析中的应用1. 晶体化学：X射线衍射可以确定晶体中元素的位置和化学键的性质，为化学合成提供参考。
2. 晶体衍射敏感性分析：X射线衍射可以用于检测材料中微观结构的变化，分析化学反应的过程和机制。
总结：X射线衍射作为一种强大的分析技术，不仅在材料科学、生物学和化学领域有着重要的应用，还在许多其他领域有着广泛的应用前景。
随着仪器技术的不断进步，X射线衍射分析将在更多研究领域展现其重要作用。
X射线衍射分析法
X射线衍射分析法X射线衍射分析法是一种非常重要的材料分析手段，它通过对材料的晶体结构的分析，得到材料的结晶度、晶体取向、晶体粒度、晶格常数等信息，进而对材料的性质和性能进行研究。
本文将从X射线的原理、X射线衍射的基本原理和应用、X射线衍射仪器的构造、X射线衍射实验的步骤和注意事项等方面进行详细介绍。
首先，我们来了解一下X射线的原理。
X射线是一种电磁辐射，具有很高的波长和能量，能够穿透物质并产生衍射现象。
X射线的产生有两种主要方式：一种是通过X射线管，通过加速电子形成高能电子束，当电子束击中靶材时，会产生X射线；另一种是通过同步辐射源，通过加速带电粒子产生高能电磁辐射。
X射线衍射是当X射线通过晶体时，由于晶体的周期性结构，X射线会和晶体中的原子发生相互作用，进而发生衍射现象。
根据布拉格方程，当入射X射线满足2d sinθ = n λ时，就会发生衍射，其中d是晶格面的间距，θ是入射角，n是整数，λ是X射线的波长。
通过测量X射线的衍射角度，我们可以得到材料的晶格参数和晶体结构信息。
X射线衍射在材料科学和相关领域有广泛的应用。
首先，它可以用来研究材料的晶体结构和晶格常数，帮助我们了解材料内部的原子排列方式。
其次，通过分析衍射峰的形状和强度，可以得到材料的结晶度和晶体取向信息。
再者，X射线衍射还可以用来研究材料的相变行为和物理性质，如热膨胀、磁性等。
此外，X射线衍射还可以用来分析材料的晶体缺陷、应力和非晶态材料等。
X射线衍射仪器主要包括X射线源、样品支架、衍射光学系统和衍射样品的检测系统。
其中，X射线源提供入射X射线，样品支架用于固定样品，衍射光学系统用于对入射和出射的X射线进行控制，使其满足布拉格方程，检测系统用于测量和记录衍射样品的衍射峰。
进行X射线衍射实验时，需要注意一些事项。
首先，样品的制备非常重要，要保证样品的表面光洁度和晶体质量。
其次，样品的取向也要考虑，要使入射角和出射角满足布拉格方程。
再者，实验中需要选择合适的X射线波长，以获得较好的衍射图样。
X射线衍射分析法
X射线衍射分析法X射线衍射分析法是一种广泛应用于材料科学领域的非破坏性分析方法，它通过对材料中X射线的衍射模式进行研究，可以得到材料的结晶结构信息、晶体学参数以及晶体缺陷等重要信息。
X射线衍射技术已经成为材料科学研究中不可或缺的重要手段，被广泛应用于金属材料、半导体材料、无机晶体、有机晶体等材料的研究和分析中。
X射线衍射的原理是利用入射X射线借助晶体的晶格结构，发生衍射现象，通过测量样品中出射X射线的衍射角度和衍射强度，可以确定晶体的晶格常数、晶体结构、晶体取向和晶体缺陷等信息。
X射线衍射仪是一种专门用于进行X射线衍射分析的仪器，根据不同的应用需求，可以选择适合的X射线衍射仪进行实验。
X射线衍射分析法主要包括粉末衍射分析法和单晶衍射分析法两种常用的方法。
粉末衍射分析法适用于多晶材料或粉末材料的结构研究，可以获得晶体的空间点群、晶胞参数、结晶度等信息；单晶衍射分析法则适用于单晶材料的结构研究，可以获得晶体的真实结构信息，包括晶体的空间对称性、原子位置等详细信息。
X射线衍射分析法具有许多优点，如非破坏性、高灵敏度、高分辨率、快速测量和可定量分析等特点，因此在材料科学研究领域得到广泛应用。
在金属材料研究中，X射线衍射分析可以用于评估金属的晶体结构和相变行为；在半导体材料研究中，X射线衍射分析可以用于研究半导体晶体的缺陷结构和掺杂效应；在生物晶体学研究中，X射线衍射分析可以用于解决生物大分子的三维结构等问题。
在进行X射线衍射分析时，需要注意一些实验参数的选择和控制，以确保实验结果的准确性和可靠性。
在进行粉末衍射实验时，需要选择合适的X射线波长、样品旋转角度、测量范围和样品制备条件等参数；在进行单晶衍射实验时，需要控制晶体的取向和衍射仪的校准等条件。
总的来说，X射线衍射分析法是一种非常有价值的材料结构分析方法，可以为材料科学研究提供重要的结晶学信息。
随着仪器技术的进步和应用领域的拓展，X射线衍射分析方法将在材料科学研究中发挥愈发重要的作用，为解决材料科学领域的难题提供宝贵的帮助。
X射线衍射分析(2)110308
X射线衍射分析(2)110308X射线衍射分析(2)110308X射线衍射是一种重要的材料表征技术，可以用来研究材料的晶体结构和晶体中原子的排列方式。
本文将继续介绍X射线衍射分析的相关内容，包括衍射峰的解析和晶体结构的确定。
一、衍射峰的解析在X射线衍射实验中，我们观察到了衍射峰的出现，这些峰代表了晶体中的衍射现象。
衍射峰的位置和强度可以提供有关晶体结构的重要信息。
下面我们将详细解析衍射峰的性质。
（1）衍射峰位置的解析衍射峰的位置是由晶体的晶格参数和入射X射线的波长共同决定的。
根据布拉格方程，我们可以得到衍射峰位置的计算公式：sinθ = nλ / 2d其中，θ表示衍射角，n表示衍射级数，λ表示X射线的波长，d表示晶面间距。
通过测量衍射角，我们可以计算出晶面间距，并进一步研究晶体的晶格参数。
（2）衍射峰的强度和相对强度的解析衍射峰的强度与晶体中各个晶面的位置和排列方式有关。
根据布拉格方程，我们知道当入射X射线波长与晶面间距匹配时，才会出现衍射峰。
因此，不同晶面的位置和晶体中的原子排列会导致衍射峰出现的位置和强度有所不同。
通过衍射峰的强度分析，我们可以了解到晶体中原子的排列方式。
比如当一组相同的晶面存在平行排列时，衍射峰的强度将增加。
此外，晶体中的晶格缺陷也会影响衍射峰的强度。
通过对衍射峰的强度和相对强度的分析，我们可以了解晶体中的缺陷信息。
二、晶体结构的确定通过对衍射峰的解析，我们可以获取到晶体中的一些基本信息。
进一步，我们可以利用这些信息来确定晶体的结构。
下面是一些常用的晶体结构确定方法：（1）粉末X射线衍射法粉末X射线衍射法是一种常用的晶体结构确定方法。
通过将晶体粉末进行衍射实验，我们可以获取到一系列衍射峰的位置和强度。
根据这些数据，我们可以通过衍射峰的解析来确定晶体的结构。
（2）单晶X射线衍射法单晶X射线衍射法是一种更为精确的晶体结构确定方法。
通过生长单个晶体，并进行X射线衍射实验，我们可以获取到高质量的衍射数据。
X射线衍射分析技术全解
X射线衍射分析技术全解首先，X射线衍射分析是利用X射线在物质中的散射现象来研究物质的结构和性质的一种方法。
当X射线穿过物质时，会与物质中的电子发生相互作用，引起X射线的散射。
X射线衍射实验可以得到一种叫做衍射图样的图像，这种图像展示了材料的晶体结构和原子排列情况，从而可以得到材料的晶体结构参数。
2dsinθ = nλ其中，d是晶面的晶格间距，θ是入射角和衍射角的夹角，n为整数，λ为X射线的波长。
通过改变入射角θ和测得的衍射角，可以计算出晶面的晶格间距。
通过X射线衍射实验可以获得的主要信息有：1.晶体结构：通过测量衍射图样中的衍射峰位置和强度，可以确定晶格类型、晶胞参数和晶体结构。
2.晶体缺陷：衍射图样中的衍射峰的形状和位置可以提供晶体缺陷信息，如晶体的位错、脱位和孪晶等。
3.结晶度：通过衍射峰的形状和宽度可以评估晶体的完整程度和结晶度。
4.晶体相组成：不同的晶体表现出不同的衍射图样，通过匹配实验测得的衍射图样与数据库中的标准数据，可以确定材料的组成成分。
X射线衍射实验通常需要在专门的设备中进行，最常用的设备是X射线衍射仪。
X射线衍射仪通常由X射线源、样品台、探测器和数据处理系统组成。
X射线源产生X射线，样品台用于固定和转动样品，探测器用于探测衍射信号，数据处理系统用于处理和分析衍射数据。
在实际应用中，X射线衍射分析技术被广泛应用于材料科学、固态物理、化学、地质学等领域。
它可以用于研究金属、无机材料、有机材料以及生物材料的结构和性质。
例如，X射线衍射可以用于确定合金中的晶体相组成、材料的晶格畸变和晶界的分析。
此外，X射线衍射还可以用于研究材料的动态行为，如晶体的相变、晶体生长和退火等。
总结起来，X射线衍射分析技术是一种重要的材料表征技术，可以通过与材料相互作用的X射线的散射模式来确定材料的晶体结构、晶格参数、晶体缺陷和材料的相组成等信息。
它是一个非常有用和广泛应用的实验方法，对研究材料的结构和性质具有重要意义。
X射线衍射分析方法
识别并标定衍射峰，确定各峰对应的晶面 间距。
结构分析
结果解释与报告
根据衍射峰数据，进行物相鉴定、晶体结 构分析和晶格常数计算等。
对实验结果进行解释和讨论，撰写实验报 告，提供有关样品的物相组成、晶体结构 和结晶度等信息。
03 X射线衍射分析的应用实 例
晶体结构分析
晶体结构分析是X射线衍射分析的重 要应用之一，通过测量晶体对X射线 的衍射角度，可以推导出晶体的空间 结构。
高分子材料
通过X射线衍射分析可以研究高分子材料的结晶度和分子排列，有 助于高分子材料的设计和改性。
陶瓷和玻璃材料
X射线衍射分析用于研究陶瓷和玻璃材料的晶体结构和微观结构，有 助于陶瓷和玻璃材料的性能优化和应用拓展。
医学领域
药物研发
X射线衍射分析用于研究药物分子的晶体结构和构象，有助于新 药设计和开发。
深入线衍射分析可以研究固体表面的晶体结构和相变行为，
有助于表面工程和器件研发。
相变和相分离
03
X射线衍射分析可以用于研究物质在相变和相分离过程中的晶体
结构和变化规律，有助于材料科学和能源领域的发展。
材料科学领域
金属材料
X射线衍射分析用于研究金属材料的晶体结构和相组成，有助于优 化金属材料的性能和加工工艺。
微聚焦X射线技术
通过采用微聚焦X射线技术，可以将X射线聚焦到 微米甚至纳米级别，实现对微小样品的高精度分 析。
X射线光谱分析
结合X射线衍射和X射线吸收谱等技术，可以获取 样品的更多信息，为物质结构和性质的研究提供 更全面的数据。
X射线衍射分析的未来展望
智能化与自动化
随着人工智能和自动化技术的发 展，未来X射线衍射分析将更加智 能化和自动化，提高分析效率。
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玻璃或陶瓷 密封外壳
冷却水
电子
高压 电源
阳极体铜
X射线
钨丝
X射线发生器
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连续X射线谱和特征X射线谱 (1) 连续X射线谱 量子理论认为,当具有 一定能量的电子与阳极靶碰撞时，电子失 去自己的能量，其中一部分以光子的形式 辐射。每碰撞一次产生一个能量为hv的光 子，这样的光子流即为X射线.由于极大数 量的电子射到阳极时穿透阳极物质深浅程 度不同,动能降低多少不一,因此产生种种 波长的 X射线 。也称白色X射线谱。
1
1．1 材料的结构与性能 1．2 材料（微观）结构（研究）的内容 1．3 材料分析技术与材料学发展的关系 1．4 材料分析技术简介
光 磁 热 电 显微镜 多数（材料）结构分析仪器组成如下
激发源 样品 探测器 （放大） 显示系统
Know Why How What
2
光（谱）、电、热、显（色）方 法是材料结构研究的几大类工具
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2．1．4
“X光”与可见光的比较
X射线波、粒二象性 E=c h/λ= 12.4/λ 穿透性 方向性 感光和碰撞 伤害性
27
X射线衍射分析（XRD）（X射线的产 生、X射线运动学衍射理论、广角和小 角X射线散射法） 光谱分析 红外吸收光谱 激光拉曼光谱法 紫外-可见光谱和分子荧光光谱 核磁共振谱
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第一个实验室是伦敦国王学院的威尔金斯、弗兰克林 实验室，他们用X射线衍射法研究DNA的晶体结构。 当X射线照射到生物大分子的晶体时，晶格中的原子或 分子会使射线发生偏转，根据得到的衍射图像，可以 推测分子大致的结构和形状。 第二个实验室是化学家鲍林(Linus Pauling)实验室。在 此之前，鲍林已发现了蛋白质的a螺旋结构。 第三个则是个非正式的研究小组，23岁的年轻的遗传 学家J.D.沃森于1951年从美国到剑桥大学做博士后，比 他年长12岁的克里克当时正在做博士论文，论文题目 是“多肽和蛋白质：X射线研究”。 沃森说服克里克一起研究DNA分子模型，他需要克里 克在X射线晶体衍射学方面的知识。终于在1953年3月 获得了正确的模型。关于这三个实验室如何互相竞争， 由沃森一本风靡全球的自传《双螺旋》而广为人知:前 两个小组完全根据晶体衍射图建构模型，鲍林甚至根 据的是1930年代拍摄的模糊不清的衍射照片。
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X射线的衍射现象起因于相干散射线的干 涉作用。衍射方向与晶胞形状及大小有关。 衍射强度则与原子在晶胞中的排列方式有关， 故而可以通过衍射现象分析晶体内部结构的 诸多问题。
近年来,由于高能量X射线源、高效率辐 射探测器及电子计算机的应用,使得X射线衍 射仪向强光源、高稳定到高分辨、多功能、 全自动的联合机发展,可以自动地给出大多 数衍射实验工作的结果.
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X射线被发现以后,科学家在物理学及相关学科中 进行了大量的研究,取得了重大成果,在科学中得 到广泛的应用。例如,X射线可用来分析晶体结构 分析,材料研究,测定蛋白质结构,常规透视和照相； 某些脏、器官的形态和病变观察. 电子计算机应用到四圆衍射仪（一种获得X射线 单晶体衍射图的仪器技术）、 CT (Computed Tomography) X射线断层技术) 和Pet-CT（ Positron Emission Tomography-CT)等领域, 对于X 现代科技发展产生了巨大而深远的影响。
目前没有任何一种仪器能分析所有的结构 问题，也没有任何两种仪器能在同一水平上分 析同一结构问题，因此所选方法一定要能解决 所要做的问题；在能满足精度灵敏度和选择性 要求的前提下，尽可能因地制宜选用较为简便 的多种分析方法。 选用方法后，即可开始进行材料的结构和 性能分析。
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第2章 X射线衍射分析
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XRD是利用X射线在晶体中的衍射现象 来分析材料的晶体结构、晶格参数、晶 体缺陷（位错等）、不同结构组的含量 及内应力的方法。这种方法是建立在一 定晶体结构模型基础上的间接方法。即 根据与晶体样品产生衍射后的X射线信号 的特征去分析计算出样品的晶体结构与 晶格参数，并可以达到很高的精度。 然而由于它不是像显微镜那样直接直观 可见的观察，因此也无法把形貌观察与 晶体结构分析微观同位地结合起来。
2 ．2 2 ．3
晶体空间点阵 X射线衍射分析法原理
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2 ．1 ．1
X射线衍射分析历史
X射线是一种波长很短(由高速电子撞击物质的原子 所产生)的电磁波。X射线是波长介于紫外线(UV) 和γ 射线间的电磁辐射。 伦琴、 X射线与科学发明奖启示录 Wilhelm Konrad Runtgen (W.K. 伦琴 1845～1923) 德国实验物理学家。1845年3月27日生于伦内普。 3 岁时全家迁居荷兰并入荷兰籍。 1865 年迁居瑞 士苏黎世，进入苏黎世联邦工业大学机械工程系， 1869年获苏黎世大学博士学位。
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(2) 特征X射线谱
当高速的电子流冲击阳极靶时，某些具 有足够能量的电子可将阳极靶原子内层(如K 层)的电子击出,此时原子的能量升高,处于不 稳定的激发状态.随后便有较高能级上的电 子向低能级上的空位跃迁,填补空位,以使位 能下降。电子从高能级向低能级的这种跃迁 将以光子的形式辐射出特征X射线谱.
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虽然X射线穿透物质的能力较强，然而， X射线在通过物质时都存在着某种程度的 吸收，吸收作用包括散射和“真吸收”。 散射分为相干散射和非相干散射。 真吸收是由于光电效应造成的。X射线照 射到物质后有三种效应如图所示
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当X射线强度I.穿过具有线吸收系数为μl厚度为 x的物质时，穿透的X射线强度为 I=I. exp-μlx 元素的质量吸收系数与原子序数Z和入射线波 长λ的关系为 μm≈Kλ3Z3 式中K为常数。对给定元素，质量吸收系数随 波长变化存在着一些不连续的突变λKλL等，称 为吸收边或吸收限。这种吸收的突变是由于当 能量达到正好打出K、L等层电子时，产生特征 X射线，所以吸收边的波长对应着特征X射线 的激发电压VK。
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2．1．3 X射线与物质的相互作用
入射X射 线 热能
I 0 , l0
透射X射 线
散射X射线(l=l0 相干散射和 l1>l0非相干散射) 电子(反冲电子,俄歇电子,光电 子) 荧光X射线 图 X射线与物质的作用
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X 射线是电磁波的一种 , 其波长的范围 在0.001——10nm之间.在聚合物X射线衍射 方法中所使用的X射线波长范围一般为 0.05——0. 25nm. 当一束X射线照射到晶体上时，由于晶体 是由原子有规则排列成的晶胞所组成，而 这些有规则排列的原子间距离与入射X射线 波长具有相同数量级，故有不同原子散射 的X射线相互干涉叠加，可在某些特殊方向 上产生强的X射线衍射。
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X射线管基本工作原理是: 高速运动的电子与阳极靶碰撞时,发生 能量转换,电子的运动受阻失去动能,其中 一小部分(0.2%左右)能量转变为X射线的 能量产生X射线,而绝大部分能量转变为热 能.因此要求阳极靶材料导热良好,同时必 须通入足够量的冷却水及时带走热量.
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铍窗
X射线
金属 聚焦杯
X-Ray Diffraction [XRD , WAXD(广角Wide-angle) ]
DNA分子X射线 衍射（近照）
老 照 片 ： DNA DNA双螺旋 结构 分子X射线衍射
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2 ．1 X射线衍射基本概念 2．1．1 X射线衍射分析历史 2．1．2 X射线的产生和X射线光谱 2．1．3 X射线与物质的相互作用 2．1．4 光的衍射与散射分析法
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1895年 11月,伦琴在进行阴极射线的实 验时第一次注意到放在射线管附近的氰 亚铂酸钡小屏上发出微光。
经过几天废寝忘食的研究，他确定了荧 光屏的发光是由于射线管中发出的某种 射线所致。因为当时对于这种射线的本 质和属性还了解得很少，所以他称它为X 射线,表示未知的意思。
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伦琴射线是人类发现的第一种所谓 “穿透性射线”，它能穿透普通光线所不 能穿透的某些材料。 这种发现实现了某些神话中的幻想,因而 在社会上立即引起很大的轰动，1901年诺 贝尔奖第一次颁发，伦琴由于这一发现而 获得了这一年的物理学奖。 X射线造就了十几位诺贝尔奖获得者。 劳厄用实验证明了X射线具有波动性,发现 X射线能通过晶体衍射,导出了著名的劳厄 方程,开创了X射线晶体学这一新领域,并 于1914年获诺贝尔物理奖。
材料近代研究方法
Recent Methods of Materials (Instrumental) Analysis
Modern Technology for Materials Analysis Advanced （Technique of ）Material Analysis
第2章 X射线衍射分析
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波的叠加、干涉、衍射现象是波的重要 特征。波的叠加性是指当多列同类波共 存时，总的波是各个分波的矢量和，而 各分波互不影响，分开后性质保持不变。 波的干涉现象是指当多列具有相同频率、 固定相位差的同类波共存时，产生振幅 相互加强或减弱。 波的衍射：当波在空间传播时，遇到障 碍物或空隙时，会绕过障碍物或空隙边 缘，而使传播路径产生弯曲的现象。
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在许多情况下，X射线衍射研究工作中使用单 色X射线，而X射线管发出的X射线有连续谱和 特征谱。由于特征X射线产生尖锐的衍射峰， 而伴随的连续谱产生的是漫散射，影响特征X 射线衍射花样观察。 因为非晶态的衍射本身就是漫散峰或晕环，连 续谱漫散射的存在，进入非晶散射，很难扣除， 在这种情况需要对X射线进行单色化。在X射 线衍射照相中，常用滤光片滤光，因为这种方 法简便易行，可以得到满意的X射线衍射花样， 所以衍射照相普遍使用。