X射线衍射技术在材料分析中的应用
原位X射线衍射分析在材料研究中的应用
原位X射线衍射分析在材料研究中的应用第一章：绪论随着材料科学技术的快速发展，X射线衍射分析技术也日益成熟。
原位X射线衍射技术是X射线衍射技术的一种，是将材料在实际应用条件下进行X射线衍射测试。
因其具有通透性、非破坏性等特点，被广泛应用于材料研究和工业生产中。
本文将对原位X射线衍射分析在材料研究中的应用进行详细介绍和讨论。
第二章：原位X射线衍射分析的基本原理原位X射线衍射分析是通过检测材料中存在的相及其相变行为，来了解材料内部结构的信息。
根据布拉格定律，当入射X射线和晶面夹角θ相同时，才能得到衍射峰，也就是说，X射线衍射分析得到的结果是关于材料的结晶性和晶体学性质的重要信息。
当材料发生相变时，晶体学性质也会发生变化，因此通过原位X射线衍射分析，可以研究材料内部因相变而导致的微观结构变化。
第三章：原位X射线衍射分析在金属材料中的应用原位X射线衍射分析在金属材料的研究中有着广泛的应用。
金属材料的结构变化对材料的性能和服务寿命有着重要的影响，因此，对其结构变化的研究非常必要。
原位X射线衍射技术可以研究金属材料在不同温度、气氛下的相变及其过程，例如固溶体与相分离、协变相变、晶格畸变等。
同时，可以通过分析材料内应力状态的变化，了解材料的变形性能和疲劳寿命等。
第四章：原位X射线衍射分析在半导体材料中的应用半导体材料在微电子领域的应用越来越广泛，其结晶度和含杂物量等都对性能有着重要的影响。
通过原位X射线衍射技术，可以研究半导体材料的晶体缺陷、晶格畸变、结晶度和晶体生长等问题。
特别是在研究纳米晶体材料时，正常的X射线衍射技术难以满足要求，而原位X射线衍射分析便成为了探索纳米晶体材料结构的重要手段。
第五章：原位X射线衍射分析在生物材料中的应用生物材料常常具有复杂的结构，使用 X射线衍射分析技术，可以不破坏样品，了解其中组成的相及其结构特征。
使用原位X射线衍射技术时，可以研究生物材料中生化反应的动力学特性、蛋白质的折叠结构、生物大分子复合体的结构和功能等。
表面分析技术
表面分析技术表面分析技术是一项涉及材料和表面特性研究的重要技术手段。
通过对材料表面的分析和测试，可以了解材料的化学成分、结构形态以及物理性质等重要信息。
这些信息对于材料科学、化学工程以及各种工业领域的研究和应用具有重要的指导意义。
本文将介绍常见的表面分析技术及其应用，并探讨其在材料研究领域中的重要性。
一、X射线衍射（XRD）X射线衍射技术是一种分析晶体结构和晶体取向的重要手段。
通过照射材料表面的X射线，利用倒转的原理，可以得到材料中晶体的信息，如晶体晶胞参数、晶面取向和结晶度等。
X射线衍射技术广泛应用于金属材料、无机晶体、聚合物材料以及生物材料等领域的研究中。
二、扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种通过扫描材料表面的电子束来获取表面形貌和成分信息的技术。
通过SEM技术可以观察到材料的微观形貌、表面粗糙度以及颗粒分布情况。
此外，SEM还可以结合能谱分析，获取材料的元素成分信息，对于材料表面的成分分析具有重要意义。
扫描电子显微镜的高分辨率、高灵敏度和高成像质量使其成为材料科学研究中不可或缺的工具。
三、原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种通过探针在材料表面扫描获取高分辨率表面形貌和力学性质的技术。
与扫描电子显微镜类似，原子力显微镜可以获得纳米级别的表面形貌信息。
此外，通过原子力显微镜还可以研究材料的力学性质，如力曲线、硬度和弹性模量等。
原子力显微镜在纳米材料研究、表面重构以及生物医学领域的研究具有重要应用价值。
四、拉曼光谱（Raman）拉曼光谱是一种通过激光照射材料表面，并测量散射光强度的技术。
拉曼光谱的原理是根据材料分子振动产生的震动频率差异来获取材料的化学成分和物理性质信息。
通过拉曼光谱可以研究材料的晶体结构、官能团成分以及分子结构的变化等。
应用于纳米材料、生物医学和化学合成等领域的研究中。
五、表面增强拉曼光谱（SERS）表面增强拉曼光谱是一种通过将材料置于金属纳米颗粒表面，使得拉曼信号得到大幅增强的技术。
x射线分析在材料科学方面的利用
x射线分析在材料科学方面的利用刘世艳 1102900323背景：x射线衍射方法其被广泛用于材料科学研究中，用于分析材料的晶体结构，晶体位错，材料中的相分析，及各相含量的测定，还能用于材料宏观应力大小及方向的测定。
故，深入了解x射线衍射的机理及应用是材料学科学生的基本技能。
针对x射线衍射分析的机理并结合其在相关专业方面的利用作如下报告。
一：x射线分析方法的基本原理1.x射线的产生将阳极靶和阴极密封在玻璃金属管内，阴极通电加热，在阴极和阳极之间产生几千伏的高压，阴极的电子在高压下冲撞阳极靶产生x射线。
主要利用阳极靶的特征谱与物质的作用。
2.X射线与物质的作用，（1）真吸收（俄歇效应和荧光效应，热效应）真吸收可利用与滤波。
（2）x射线的散射，分为相干散射、不想干散射，相干散射是x射线衍射的基础，不相干散射产生的光影是想干散射后的背景。
3.x衍射的方向，由布拉格方程在能产生X衍射的方向及晶格间距和X射线波长应满足θλsin=，2d4.x射线衍射的方法（1）劳挨法；晶体周转法；粉末法（最常用的方法）5.X射线衍射强度X射线衍射的强度与晶体结构因数、洛伦兹因数、多重性因数、吸收因数、温度因数等有关。
6.x射线衍射仪的组成（1)X射线衍射仪由x射线发生器，测角仪，辐射探测器，记录单元和自动控制单元等部分组成，其中测角仪是其中心部分。
其衍射试样为平板试样；在测定中，试样和测角仪转到的角度满足1:2；且只有平行于自由表面的且满足布拉格方程的晶面才会发生衍射。
(2)计数器的工作原理为进入计数管的射线是惰性气体电离产生的高速电子再次使气体电离出现雪崩反应，在短时间内产生的大量电子涌向阳极将出现一个可以探测到的电流，计数器输出的电压脉冲在脉冲高度分析器和定标器的作用后由打印机将结果输出。
(3)X衍射仪的常规测量：连续扫描用于全谱测量时；步进扫描用于精确测定衍射峰的积分强度位置或提供线性分析的数据。
二、相关实验设计在焊接件里，因为焊接时温度的差异难免引起被焊接金属的晶粒大小发生变化以及因为晶体中的晶格畸变而在晶粒内部出现应力，这将对试样的性能产生严重影响。
xrd的应用及原理
XRD的应用及原理引言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、地质学等领域。
本文将介绍XRD的应用领域以及其原理。
XRD的应用领域1.材料结构分析–XRD可以用于分析材料的晶体结构、组分和晶体缺陷等。
–通过分析材料的衍射峰的位置、强度和形状，可以确定晶体的晶格参数、晶体结构和晶体缺陷类型。
2.材料相变研究–XRD可以用于研究材料的相变行为。
相变时，晶体结构会发生变化，导致衍射峰位置和强度的变化。
–通过监测材料衍射峰的变化，可以研究材料的相变温度、相变过程和相变机制。
3.薄膜和薄片分析–XRD可以用于分析薄膜和薄片的晶体结构和厚度。
–通过分析衍射峰的宽度和位置，可以确定薄膜或薄片的晶格参数和厚度。
4.晶体定向分析–XRD可以用于分析晶体的定向性。
不同晶面的衍射峰位置和强度不同，通过分析衍射峰的特征，可以确定晶体的定向性。
–晶体定向分析在材料加工和材料性能研究中具有重要意义。
XRD的原理XRD基于布拉格衍射原理，即入射X射线与晶体的晶面间距相等时，发生衍射现象。
下面是XRD的基本原理：1.生成X射线–通过X射线发生器产生X射线。
X射线发生器通常包括X射线管和高压电源，通过加热阴极产生电子束，电子束击打阳极时会产生X射线。
2.照射样品–产生的X射线照射到待测样品上。
样品可以是粉末、薄膜或块体，关键是样品需要是晶体结构。
3.衍射现象–入射X射线与晶体的晶面相互作用，发生衍射现象。
衍射是X 射线经过晶体后，按照一定的角度改变方向而形成的。
4.检测衍射信号–使用X射线探测器检测样品的衍射信号。
常用的探测器包括点状探测器和线状探测器，可以用于测量衍射峰的位置和强度。
5.分析数据–通过分析探测到的衍射信号数据，可以确定材料的晶格参数、晶体结构、晶体缺陷等信息。
–可以使用布拉格方程和衍射峰的位置计算晶格参数，使用峰的强度和形状分析晶体结构和缺陷。
X射线衍射在材料分析当中的应用
X射线衍射在材料分析当中的应用X射线衍射是一种重要的材料分析方法，广泛应用于材料科学、物理学、化学、地质学等领域。
它基于X射线与晶体中的原子相互作用而产生的衍射现象，通过测量衍射角度和强度，可以获得关于材料的结构、晶格参数、晶体形态、晶体质量、晶体缺陷等信息。
下面将详细介绍X射线衍射在材料分析当中的应用。
1.结构测量X射线衍射可以用来确定晶体的结构。
晶体的结构是由周期性排列的原子组成的，X射线可以通过与晶体中的原子相互作用而产生衍射现象。
测量X射线的衍射图样可以得到晶体的结构信息，包括晶胞参数、晶体对称性、原子位置等。
这对于研究固体结构和材料的物理、化学性质非常重要。
2.晶体质量分析X射线衍射可以用来评估晶体的质量。
晶体的质量对于材料的性能具有重要影响。
通过测量X射线衍射的强度和形状，可以判断晶体的纯度、晶格缺陷、晶体畸变等信息，从而评估晶体的质量。
这对于工业生产和材料品质控制非常重要。
3.相变研究X射线衍射可以用来研究材料的相变行为。
相变是材料中的原子或分子之间发生的结构转变。
通过测量相变前后X射线衍射的变化，可以确定相变的发生温度、相变类型、相变机制等信息。
这对于研究材料在不同温度、压力等条件下的结构变化和性质变化非常重要。
4.晶体的应力分析X射线衍射可以用来分析材料中的应力状态。
当晶体中存在应力时，晶胞参数会发生变化，进而影响X射线衍射的角度和强度。
通过测量X射线衍射的变化，可以计算材料中的应力状态。
这对于理解材料的力学性能、设计材料的使用条件非常重要。
5.晶体取向分析X射线衍射可以用来分析材料中晶体的取向情况。
当材料中存在多个取向的晶体时，不同晶面的衍射强度会有区别。
通过测量X射线衍射的强度和方向，可以确定晶体的取向分布。
这对于研究材料的制备方法、材料的性能分布等具有重要意义。
6.材料成像利用X射线衍射原理，可以实现材料的成像。
例如，X射线衍射成像技术可以用来观察材料的内部结构，如晶体的缺陷、晶体的结构变化等。
xrd在现代材料中的应用
xrd在现代材料中的应用
X射线衍射（XRD）是一种非常重要的材料分析技术，它可以用于研究材料的结构、晶体学和物理性质。
在现代材料科学中，XRD已经成为了一种不可或缺的工具。
本文将从材料分类的角度，介绍XRD在现代材料中的应用。
1. 金属材料
金属材料是XRD应用的一个重要领域。
通过XRD技术，可以研究金属材料的结晶结构、晶体缺陷和晶体取向等。
例如，XRD可以用于研究金属材料的晶体取向，从而优化材料的力学性能。
此外，XRD还可以用于研究金属材料的相变行为，从而为材料的制备和加工提供重要的参考。
2. 无机非金属材料
无机非金属材料是另一个重要的XRD应用领域。
例如，XRD可以用于研究陶瓷材料的结构和晶体缺陷，从而优化材料的性能。
此外，XRD还可以用于研究无机非金属材料的相变行为，从而为材料的制备和加工提供重要的参考。
3. 有机材料
有机材料是XRD应用的另一个重要领域。
例如，XRD可以用于研究
有机晶体的结构和晶体缺陷，从而优化材料的性能。
此外，XRD还可以用于研究有机材料的相变行为，从而为材料的制备和加工提供重要的参考。
4. 生物材料
生物材料是XRD应用的一个新兴领域。
例如，XRD可以用于研究生物材料的结构和晶体缺陷，从而优化材料的性能。
此外，XRD还可以用于研究生物材料的相变行为，从而为材料的制备和加工提供重要的参考。
总之，XRD在现代材料中的应用非常广泛，涉及到金属材料、无机非金属材料、有机材料和生物材料等多个领域。
通过XRD技术，可以研究材料的结构、晶体学和物理性质，为材料的制备和加工提供重要的参考。
X射线衍射技术在材料分析中的应用
X射线衍射技术在材料分析中的应用沈钦伟126406324 应用化学1引言X射线衍射分析法是研究物质的物相和晶体结构的主要方法。
当某物质( 晶体或非晶体)进行衍射分析时,该物质被X射线照射产生不同程度的衍射现象, 物质组成、晶型、分子内成键方式、分子的构型、构象等决定该物质产生特有的衍射图谱。
X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。
因此,X射线衍射分析法作为材料结构和成分分析的一种现代科学方法, 已逐步在各学科研究和生产中广泛应用。
2X射线衍射基本原理X射线同无线电波、可见光、紫外线等一样,本质上都属于电磁波,只是彼此之间占据不同的波长范围而已。
X射线的波长较短, 大约在10-8~10-10cm之间。
X 射线分析仪器上通常使用的X射线源是X射线管,这是一种装有阴阳极的真空封闭管, 在管子两极间加上高电压, 阴极就会发射出高速电子流撞击金属阳极靶,从而产生X射线。
当X射线照射到晶体物质上,由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成,这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有相同数量级,故由不同原子散射的X射线相互干涉,在某些特殊方向上产生强X射线衍射, 衍射线在空间分布的方位和强度,与晶体结构密切相关，不同的晶体物质具有自己独特的衍射花样, 这就是X射线衍射的基本原理。
3 X射线衍射技术在材料分析中的应用由X射线衍射原理可知,物质的X射线衍射花样与物质内部的晶体结构有关。
每种结晶物质都有其特定的结构参数(包括晶体结构类型, 晶胞大小,晶胞中原子、离子或分子的位置和数目等)。
因此,没有两种不同的结晶物质会给出完全相同的衍射花样。
通过分析待测试样的X射线衍射花样,不仅可以知道物质的化学成分,还能知道它们的存在状态,即能知道某元素是以单质存在或者以化合物、混合物及同素异构体存在。
同时,根据X射线衍射试验还可以进行结晶物质的定量分析、晶粒大小的测量和晶粒的取向分析。
X射线衍射技术在材料分析中的新应用
材料分析方法大作业（一）——X射线衍射技术在材料分析中的新应用班级：0836306班学号：**********姓名：***X射线衍射技术在材料分析中的新应用一、X射线衍射原理由于X射线是波长在100Å~0.01 Å之间的一种电磁辐射，常用的X射线波长约在2.5 Å~0.5 Å之间，与晶体中的原子间距（1 Å）数量级相同，因此可以用晶体作为X射线的天然衍射光栅，这就使得用X射线衍射进行晶体结构分析成为可能。
当X射线沿某方向入射某一晶体时，晶体中每个原子的核外电子产生的相关波彼此发生干涉。
当每两个相邻波源在某一方向的光程差（△）等于波长的整数倍时，它们的波峰与波峰将互相叠加而得到最大程度的加强，这种波的加强叫做衍射，相应的方向叫做衍射方向，在衍射方向前进的波叫做衍射波。
在警惕的点阵结构中，具有周期性排列的原子或电子散射的次生X射线间相互干涉的结果，决定了X射线在晶体中衍射的方向，所以通过对衍射方向的测定，可以得到晶体的点阵结构、晶胞大小和形状等信息。
晶体结构= 点阵+ 结构基元，点阵又包括直线点阵，平面点阵和空间点阵。
空间点阵可以看成是互不平行的三组直线点阵的组合，也可以看成是由互相平行且间距相等的一系列平面点阵所组成。
劳厄和布拉格就是分别从这两个角度出发，研究衍射方向与晶胞参数之间的关系，从而提出了著名的劳厄方程和布拉格方程。
布拉格父子在劳厄实验的基础上，导出了著名的布拉格定律：2d sinθ= nλ其中，θ称为布拉格角或半衍射角，这一定律表明了X射线在晶体中产生衍射的条件。
晶体X射线衍射实验的成功，一方面揭示了X射线的本质，说明它和普通光波一样，都是一种电磁波，只是它的波长较短而已；另一方面证实了晶体构造的点阵理论，解决了自然科学中的两个重大课题，更重要的是劳厄、布拉格等人的发现打开了进人物质微观世界的大门，提供了直接分析晶体微观结构的锐利武器，开辟了晶体结构X射线分析的新领域，奠定了X射线衍射学的基础。
材料研究方法-第三章X射线衍射分析
X射线衍射分析的优势和局限性
1 优势和应用价值
X射线衍射分析能够提供高分辨率的晶体结构信息，可用于研究材料相变、配位化学、催 化作用等领域。
2 局限性
X射线衍射分析只对晶体材料适用，对非晶态和纳米材料无法应用。
X射线衍射分析实例
1
研究锂离子电池电解质固体界面的晶体结构
Hale Waihona Puke 用单晶X射线衍射仪分析高效锂离子电解质与电极材料的交界面结构。
材料研究方法-第三章X射 线衍射分析
欢迎来到材料研究方法-第三章：X射线衍射分析。在这个演示中，我们将介 绍X射线衍射分析的原理、应用及其优势和局限性。让我们来探索这项有趣的 技术！
X射线衍射分析概述
定义和原理
X射线衍射分析是通过分析X射线穿过材料时的 衍射模式，探究材料的晶体结构和组成的技术。
仪器和设备
2
研究含铁亚铁酸盐的质子传导性质
通过Powder X射线衍射技术研究不同硅酸盐基质中铁亚铁酸盐的晶体结构和质 子导电机制。
3
研究金属氧化物的杂质掺杂过程
用Texture X射线衍射仪研究镉氧化物和钴氧化物的杂质掺杂过程，探究了掺杂 元素对材料结构的影响。
X射线衍射分析在材料研究领域中的应用
材料结构
材料相变
• 研究分子晶体的结构和 功能性固体材料的结构
• 探究半导体中的晶格畸变等
• 研究金属的相变和相变 动力学
• 分析材料在不同温度下 的相变特性
配位化学
• 研究金属络合物和配位 化合物的晶体结构和配
• 位探键究不同金属离子之间 的配位作用
新兴技术趋势-暴露在X射线下的人体结构
除了材料研究，X射线衍射技术还被应用于医学领域。最近，有研究者使用层析技术来分析复杂的人体结构， 如神经系统。这为神经疾病的诊断和治疗提供了新的思路。
X射线衍射在材料分析中的应用
X射线衍射在材料分析中的应用一、X射线的背景及衍射原理1895年,伦琴首次发现X射线,随后由布拉格父子发现X射线本质是波长很短的电磁波。
X射线衍射技术是利用X射线在晶体、非晶体中衍射与散射效应，进行物相的定性和定量分析、结构类型和不完整性分析的技术。
由于X射线衍射分析方法具有用量少、对样品的非破坏性、大面积的平均性、对结构和缺陷的灵敏性等特性，使得X射线衍射分析方法的应用范围不断拓展，广泛应用于物理学、化学、分子物理学、医学、药学、金属学、材料学、高分子科学、工程技术学、地质学、矿物学等学科领域。
本文仅讨论X射线衍射在材料分析中的一些应用。
材料分析是通过对表征材料的物理性质或物理化学性质参数及其变化(称为测量信号或特征信息)的检测实现的。
采用各种不同的测量信号(相应地具有与材料的不同特征关系)形成了各种不同的材料分析方法。
二、X射线衍射方法在各种衍射实验方法中,基本方法有单晶法、多晶法和双晶法。
1.单晶衍射法单晶X射线衍射分析的基本方法为劳埃法与周转晶体法。
2.多晶衍射法多晶X射线衍射方法包括照相法与衍射仪法。
三、理论依据1.物相分析⑴X射线物相分析原理:任何结晶物质都有其特定的化学组成和结构参数(包括点阵类型、晶胞大小、晶胞中质点的数目及坐标等)。
当x射线通过晶体时，产生特定的衍射图形，对应一系列特定的面间距d 和相对强度I ／I l 值。
其中d 与晶胞形状及大小有关，I ／I 1与质点的种类及位置有关。
所以，任何一种结晶物质的衍射数据d 和I ／I 1是其晶体结构的必然反映。
不同物相混在一起时,它们各自的衍射数据将同时出现，互不干扰地叠加在一起,因此,可根据各自的衍射数据来鉴定各种不同的物相。
⑵ 物相分析是指确定材料由哪些相组成和确定各组成相的含量。
物相是决定或影响材料性能的重要因素,因而物相分析在材料、冶金、机械等行业中得到广泛应用，物相分析有定性分析和定量分析两种。
① 物相定性分析的目的是检测固体样品中的相组成,采用未知样品衍射图谱与标准图谱比较的办法。
浅谈X射线衍射分析在材料科学中应用及对内应力测量
浅谈X射线衍射分析在材料科学中应用及对内应力测量摘要：X射线衍射分析（X-ray diffraction，简称XRD），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。
X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。
本文主要介绍X射线衍射分析在材料科学中应用并以测量内应力为例对其进行具体分析。
关键词：X射线衍射分析、内应力测量、物相分析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。
在当今的材料科学领域中，主要将其应用于以下几个方方面：一．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复杂的变换,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射线衍射图谱不会因为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照,从而确定物质的组成相,就成为物相定性分析的基本方法。
鉴定出各个相后,根据各相花样的强度正比于该组分存在的量,就可对各种组分进行定量分析。
目前常用衍射仪法得到衍射图谱,用“粉末衍射标准联合会(JCPDS) ”负责编辑出版的粉末衍射卡片即PDF卡片进行物相分析。
目前,物相分析存在的问题主要有:(1) 待测物图样中的最强线条可能并非某单一相的最强线,而是两个或两个以上相的某些次强或三强线叠加的结果。
这时若以该线作为某相的最强线将找不到任何对应的卡片。
x射线衍射技术的应用
x射线衍射技术的应用以X射线衍射技术的应用为标题,我们将探讨X射线衍射技术在不同领域的应用。
X射线衍射技术是一种利用X射线在物质中的相互作用进行分析和研究的方法。
该技术已经被广泛应用于材料科学、生物医学、地质学等领域，为我们的科学研究和工程实践提供了重要的支持和突破。
在材料科学领域，X射线衍射技术被用于材料的结构分析和晶体学研究。
通过研究材料的衍射图案，可以获得材料的晶体结构、晶格常数以及晶体中原子的排列方式等信息。
这些信息对于材料的性能和应用具有重要意义。
例如，在材料研发过程中，研究人员可以利用X射线衍射技术来确定新合成材料的晶体结构，从而指导进一步的材料设计和优化。
在生物医学领域，X射线衍射技术被广泛应用于蛋白质结构研究。
蛋白质是生物体中最重要的功能分子之一，其结构与功能密切相关。
通过X射线衍射技术，研究人员可以获得蛋白质的三维结构信息，进而揭示其功能机制。
这对于药物研发、疾病治疗等具有重要意义。
例如，通过研究蛋白质的结构，科学家们可以设计出更加高效的药物分子，提高药物的选择性和疗效。
在地质学领域，X射线衍射技术被广泛应用于矿物成分的分析和研究。
地球是由各种不同的矿物组成的，研究矿物的成分和结构对于地质学家来说是十分重要的。
通过X射线衍射技术，可以准确地确定矿物的成分和晶体结构，从而推断地质过程和环境的演化历史。
例如，在石油勘探中，研究人员可以利用X射线衍射技术来分析地下岩石中的矿物成分，从而判断油气的储集情况和潜在资源量。
除了上述领域，X射线衍射技术还被应用于材料缺陷分析、晶体生长研究、纳米材料表征等领域。
例如，在材料缺陷分析中，通过研究材料的X射线衍射图案，可以检测和定量分析材料中的晶体缺陷，如晶格畸变、晶界、位错等。
这对于材料性能的改进和缺陷修复具有重要意义。
在晶体生长研究中，X射线衍射技术可以用于监测晶体生长动态过程，了解晶体生长机制和控制晶体质量。
在纳米材料表征中，X射线衍射技术可以用于研究纳米材料的晶体结构和尺寸分布，揭示其特殊的物理和化学性质。
X射线衍射原理及在材料分析中的应用
2008 年第 9 期 物理通报 知识介绍
X 射线衍射原理及在材料分析中的应用
性分析可采用未知样品衍射图谱与标准图谱比较的
方法. 定量分析中 , 根据衍射强度理论 , 物质中某相
的衍射强度 Ii 与其质量百分数 Xi 有如下关系
Ii
=
kiXi Um
式中 ki 为实验条件和待测相共同决定的常数 , Um 为待测样品的平均质量吸收系数 ,与 Xi 有关.
物相分析存在的问题主要有 :
1) 待测物图样中的最强线条可能并非某单一
相的最强线 ,而是两个或两个以上相的某些次强或
三强线叠加的结果. 这时若以该线作为某相的最强
线将找不到任何对应的卡片.
2) 在众多卡片中找出满足条件的卡片 , 十分复
杂而繁锁 ;虽然可以利用计算机辅助检索 ,但仍难以
令人满意.
2008 年第 9 期 物理通报 知识介绍
2 dsinθ = nλ 式中 d 为晶面间距 ,θ为掠射角 , n 为反射级数 ,λ为 X 射线波长.
(2) X 射线衍射的运动学理论 达尔文 (Darwin) 理论称为 X 射线衍射运动学理 论. 该 理 论 把 衍 射 现 象 作 为 三 维 夫 琅 禾 曼 ( Frannhofer) 衍射问题来处理 ,认为晶体的每个体积 元的散射与其他体积元的散射无关 ,而且散射线通 过晶体时不会再被散射. 虽然这样处理可以得出足 够精确的衍射方向 ,也能得出衍射强度 ,但运动学理 论的根本性假设并不完全合理. 因为散射线在晶体 内一定会被再次散射 ,除了与原射线相结合外 ,散射 线之间也能相互结合. Darwin 不久以后就认识到这 点 ,并在他的理论中作出了多重散射修正. (3) X 射线衍射的动力学理论 埃瓦尔德 ( Ewald) 理论称为 X 射线衍射的动力 学理论. 该理论考虑到了晶体内所有波的相互作用 , — 58 —
X射线衍射在材料分析测试中的应用
X射线衍射技术在材料分析测试中的应用摘要：X 射线衍射分析技术是一种十分有效的材料分析方法, 在众多领域的研究和生产中被广泛应用。
介绍了X 射线衍射的基本原理, 从物相鉴定、点阵参数测定、微观应力测定等几方面概述了X 射线衍射技术在材料分析中的应用进展。
1 X射线基本原理由于X 射线是波长在1000Å~0. 01Å之间的一种电磁辐射, 常用的X 射线波长约在2. 5Å~ 0. 5Å之间, 与晶体中的原子间距( 1Å )数量级相同, 因此可以用晶体作为X 射线的天然衍射光栅, 这就使得用X射线衍射进行晶体结构分析成为可能。
当X射线沿某方向入射某一晶体的时候, 晶体中每个原子的核外电子产生的相干波彼此发生干涉.当每两个相邻波源在某一方向的光程差(Δ)等于波长λ的整数倍时, 它们的波峰与波峰将互相叠加而得到最大限度的加强, 这种波的加强叫做衍射, 相应的方向叫做衍射方向, 在衍射方向前进的波叫做衍射波。
Δ= 0的衍射叫零级衍射, Δ = λ的衍射叫一级衍射, Δ = nλ的衍射叫n级衍射. n不同, 衍射方向也不同。
在晶体的点阵结构中, 具有周期性排列的原子或电子散射的次生X射线间相互干涉的结果, 决定了X射线在晶体中衍射的方向, 所以通过对衍射方向的测定, 可以得到晶体的点阵结构、晶胞大小和形状等信息。
晶体结构= 点阵+ 结构基元, 点阵又包括直线点阵, 平面点阵和空间点阵. 空间点阵可以看成是互不平行的三组直线点阵的组合, 也可以看作是由互相平行且间距相等的一系列平面点阵所组成. 劳厄和布拉格就是分别从这两个角度出发, 研究衍射方向与晶胞参数之间的关系。
伦琴发现X射线之后, 1912年德国物理学家劳厄首先根据X 射线的波长和晶体空间点阵的各共振体间距的量级, 理论预见到X 射线与晶体相遇会产生衍射现象, 并且他成功地验证了这一预见, 并由此推出了著名的劳厄定律。
X射线衍射的应用
X射线衍射的应用在X射线衍射的应用中，经常涉及到点阵常数的精密测定、X射线物相分析以及X射线应力的测定。
如固溶体的晶格常数随溶质的浓度而变化，可以根据晶格常数确定某溶质的含量，而且晶体的热膨胀系数以及物质的内应力都可以通过点阵常数的测定而确定。
另外，在金属材料的研究中，常常需要通过点阵常数的测定来研究相变过程、晶体缺陷等，有时甚至需要对点阵常数的精密测定。
X射线的物相分析是一项广泛且有效的分析手段，在地质矿产、耐火材料、冶金、腐蚀生成物、磨屑、工厂尘埃、环保、考古食品等行业经常有所应用，如区分物质同素异构体时，X射线的分析非常迅速，已证实Al2O3的同素异构体有14种之多。
在测定应力时，X射线具有有效的无损检测方法，照射的面积可以小到1~2mm的直径，即可以测定小区域的局部应力。
1 点阵常数的精确测定1.1传统的测量理论我们对晶体的点阵常数进行精确测定，主要还是利用X射线技术来进行测量。
在测量中所用到的最基本的公式就是晶体衍射的布拉格方程：2dsinθ=nλ其中，d为晶面指数为(hkl)的面间距，θ为衍射角，也称布拉格角度，λ为所用X射线的波长，n为衍射的发生级数，布拉格衍射方程可以确定出多级衍射情况，但是，级数越高，所得到的衍射强度越小，光谱分析越不明显，误差也就越大，所以，在点阵常数的精确测定中，真正起作用的就是级数较低的情形。
点阵常数的精确度取决于sinθ的精确度，而不是θ测量值的精确度，当θ越接近90°时，对应的测量误差△θ的△sinθ值误差越小，由此计算点阵常数也就越精确。
对于布拉格方程的微分式分析作个微分近似处理得：△d/d=△λ/λ-cotθ*△θ如果不考虑波长误差则：△d/d=-cotθ*△θ由此可见，由布拉格角度所引起误差是一个与余切函数相关的函数，显然，布拉格角度θ越小，所引起误差就越大。
从精确度角度考虑，我们所选择的布拉格角度θ处于20°～35°这样的一个范围。
资料：X射线衍射在材料分析中的应用和原理
X射线衍射在材料分析中的应用和原理摘要：本文概要介绍了X射线衍射分析的基本原理及先关理论，提及了X射线衍射的各种方法，主要对X射线衍射分析技术的应用进行了叙述。
关键词：X射线衍射分析布拉格方程X射线衍射仪衍射花样前言X射线衍射分析（X-Ray Diffraction，简称XRD），顾名思义是利用晶体对入射的X射线形成衍射，对晶体物质进行内部原子在空间分布状况等结构信息分析的方法。
1. X射线衍射分析基本原理1.1 X射线及其获得X射线同无线电波、可见光、紫外光等一样，本质上均属于电磁波，区别在于彼此占据不同波长范围。
与所有基本粒子一样，X射线具有波粒二相性，由于其波长较短，大约在10-8~ 10-10cm之间，它的粒子性往往表现突出，故X射线可以视为一束具有一定能量的光量子流。
进行X射线衍射分析首先需得获得稳定的X射线，通常利用一种类似热阴极二极管的装置，用一定材料制作的板状阳极（靶）和阴极（灯丝）密封于一个真空玻璃-金属管壳内，阴极通电加热，在两极间加以直流高压（几KV-10KV），则阴极产生大量热电子，其在高压电场作用下飞向阳靶，在与阳极撞击瞬间产生X射线（包括连续和特征/标识X射线谱），其基本电气线路如下图。
图1X射线产生基本电气线路1.2 X射线衍射分析基本原理X射线与物质相遇时，会产生一系列效应，这是X射线应用的基础。
X射线在传播途中，与晶体中束缚较紧的电子相遇时，将发生经典散射。
晶体由大量原子组成，每个原子又有多个电子。
各电子锁产生的经典散射会相互干涉，使在某些方向被加强，另一些方向被削弱。
电子散射线干涉的总结果即为X射线衍射的本质。
由于电磁波散射干涉的矢量性，分析不难得知并不是每个方向都能获得衍射。
将晶体看成由平行的原子面组成，晶体的衍射亦当是由原子面的衍射线叠加而得，叠加的衍射线中大部分被抵消，只有一些得到加强，这些保留下来的衍射线可看成晶体中某些原子面对X射线的“反射”。
在将衍射看成反射的基础上，科学家最终导出结论：在某个方向上散射线互相加强的条件即产生X射线衍射条件是X射线与晶体之间需满足布拉格方程：2d sinθ=nλd——晶面间距；n——反射级数；θ——掠射角/布拉格角；λ——入射波长其导出条件如下图所示。
X射线衍射分析方法在铝合金研究中的应用
相组成研究
利用X射线衍射分析可以识别铝合金中 的不同相，如α相、β相、γ相等，并确 定各相的含量和分布。
铝合金的相变和热处理过程
相变研究
通过观察不同温度下铝合金的X射线衍射图谱，可以研究其在加热或冷却过程中的相变行为，如固溶 、析出等。
热处理过程的监控
通过实时监测热处理过程中铝合金的X射线衍射图谱变化，可以了解热处理过程中各相的演变和转变 。
铝合金的力学性能和微观结构
力学性能关联
X射线衍射分析可以揭示铝合金的微观结构和晶体取向，从而关联其力学性能，如强度、韧性、硬度等。
微观结构分析
通过X射线衍射分析，可以深入了解铝合金的微观结构，如晶粒大小、晶界特征、第二相分布等，这些因素对铝 合金的性能产生重要影响。
织构和各向异性
研究铝合金的织构和各向异性，了解其在不同受 力方向上的表现，为结构设计提供依据。
X射线衍射分析技术的发展趋势和未来展望
1 2 3
高能X射线衍射技术
随着X射线源和探测器技术的发展，高能X射线衍 射技术将进一步提高分辨率和灵敏度，为铝合金 研究提供更准确的数据。
同步辐射X射线衍射技术
利用同步辐射X射线源，可以实现大范围、高角 度分辨率的X射线衍射分析，为研究复杂结构材 料提供有力支持。
X射线衍射分析的应用范围
材料科学
用于研究材料的晶体结构、相组成、晶体取 向和微观结构等。
生物学
用于研究生物大分子的结构和构象。
化学
用于确定化合物的晶体结构和分子结构。
医学
用于研究人体骨骼、牙齿等硬组织的结构和 相组成。
02
X射线衍射分析在铝合金研究 中的应用
材料结构分析的方法及应用
材料结构分析的方法及应用随着科技的不断发展，材料的种类也越来越多，其复杂的结构对于科学研究和应用带来了很大的挑战。
材料结构分析作为一种重要的研究手段，对于揭示物质的结构和性质、开拓新材料的领域具有重要意义。
一、X射线衍射法X射线衍射是一种最常用的材料结构分析方法。
它采用的是X射线与物质相互作用的结果，洛仑兹辉照和布拉格衍射是两个基本原理。
通过在材料上照射X射线，然后观察衍射图案，即可分析出材料的物理结构、晶态等信息。
X射线衍射法的应用非常广泛，尤其在材料研究领域。
它可以用来研究晶体结构、非晶态材料的同步辐射等方面。
此外，X射线衍射法还被广泛应用于无机材料、有机材料、生物材料等领域。
例如，通过X射线衍射确定了一些有机分子晶体中的分子排列方式，为寻找新型有机发光材料提供了重要参考。
二、电子显微学电子显微学是结构分析的重要手段之一。
它包括透射电子显微镜（TEM）、扫描电镜（SEM）等。
透射电子显微镜主要用于研究材料的晶体结构、微纤维结构等。
它通过电子束透过样品，观察电子束与样品交互作用的结果进行研究。
例如，透射电子显微镜可以研究金属晶体的晶格结构，同时还可以研究生物高分子颗粒的超振动结构。
扫描电镜则主要用于研究表面结构，具有比STM更高的分辨率。
扫描电镜通过电子束照射样品表面，检测表面反射的电子，通过衍射的信号分析表面各部分的几何形态和导电属性等信息。
它被广泛应用于纳米材料、光学材料和医学等领域。
三、质谱法质谱法是一种基于物质碎片分析的方法，适用于有机、无机、生物等复杂材料的分析。
当物质化学键受到破坏的时候，质谱仪可以将分子中的碎片分离并进行质谱分析，从而揭示分子的结构信息。
质谱法被广泛应用于材料研究、环保研究、新药研究等领域。
例如，谱学研究分析铝合金的原子结构以及其材料在高温下的热稳定性能；质谱法的应用也能够推进新药研究，新型药物的合成和筛选等领域。
四、近红外光谱法近红外光谱法是一种通过光谱分析的方法获取材料成分和结构信息的技术。
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X射线衍射技术在材料分析中的应用沈钦伟126406324 应用化学1引言X射线衍射分析法是研究物质的物相和晶体结构的主要方法。
当某物质( 晶体或非晶体)进行衍射分析时,该物质被X射线照射产生不同程度的衍射现象, 物质组成、晶型、分子内成键方式、分子的构型、构象等决定该物质产生特有的衍射图谱。
X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。
因此,X射线衍射分析法作为材料结构和成分分析的一种现代科学方法, 已逐步在各学科研究和生产中广泛应用。
2X射线衍射基本原理X射线同无线电波、可见光、紫外线等一样,本质上都属于电磁波,只是彼此之间占据不同的波长范围而已。
X射线的波长较短, 大约在10-8~10-10cm之间。
X 射线分析仪器上通常使用的X射线源是X射线管,这是一种装有阴阳极的真空封闭管, 在管子两极间加上高电压, 阴极就会发射出高速电子流撞击金属阳极靶,从而产生X射线。
当X射线照射到晶体物质上,由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成,这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有相同数量级,故由不同原子散射的X射线相互干涉,在某些特殊方向上产生强X射线衍射, 衍射线在空间分布的方位和强度,与晶体结构密切相关，不同的晶体物质具有自己独特的衍射花样, 这就是X射线衍射的基本原理。
3 X射线衍射技术在材料分析中的应用由X射线衍射原理可知,物质的X射线衍射花样与物质内部的晶体结构有关。
每种结晶物质都有其特定的结构参数(包括晶体结构类型, 晶胞大小,晶胞中原子、离子或分子的位置和数目等)。
因此,没有两种不同的结晶物质会给出完全相同的衍射花样。
通过分析待测试样的X射线衍射花样,不仅可以知道物质的化学成分,还能知道它们的存在状态,即能知道某元素是以单质存在或者以化合物、混合物及同素异构体存在。
同时,根据X射线衍射试验还可以进行结晶物质的定量分析、晶粒大小的测量和晶粒的取向分析。
目前, X射线衍射技术已经广泛应用于各个领域的材料分析与研究工作中。
3. 1物相鉴定物相鉴定是指确定材料由哪些相组成和确定各组成相的含量,主要包括定性相分析和定量相分析。
每种晶体由于其独特的结构都具有与之相对应的X射线衍射特征谱, 这是X射线衍射物相分析的依据。
将待测样品的衍射图谱和各种已知单相标准物质的衍射图谱对比, 从而确定物质的相组成。
确定相组成后, 根据各相衍射峰的强度正比于该组分含量(需要做吸收校正者除外) ,就可对各种组分进行定量分析。
X射线衍射物相定量分析有内标法外标法、增量法、无标样法和全谱拟合法等常规分析方法。
内标法和增量法等都需要在待测样品中加入参考标相并绘制工作曲线,如果样品含有的物相较多, 谱线复杂,再加入参考标相时会进一步增加谱线的重叠机会,给定量分析带来困难。
无标样法和全谱拟合法虽然不需要配制一系列内标标准物质和绘制标准工作曲线,但需要烦琐的数学计算,其实际应用也受到了一定限制。
外标法虽然不需要在样品中加入参考标相,但需要用纯的待测相物质制作工作曲线, 这也给实际操作带来一定的不便。
吴建鹏等制备了一定比例的SiO2和其他物质的混合物,然后分别采用内标法和外标法测量了混合物中SiO2的含量,并与混合物中SiO2初始配比进行对照,发现各个样品的测量结果和初始配比都是比较接近的,说明这两种测定方法是可以用于待测样品的物相定量分析的。
3. 2点阵参数的测定点阵参数是物质的基本结构参数, 任何一种晶体物质在一定状态下都有一定的点阵参数。
测定点阵参数在研究固态相变、确定固溶体类型、测定固溶体溶解度曲线、测定热膨胀系数等方面都得到了应用。
点阵参数的测定是通过X射线衍射线位置的测定而获得的,通过测定衍射花样中每一条衍射线的位置均可得出一个点阵常数值。
吴建鹏等采用X射线衍射技术测量了不同配比条件下Fe2O3和Cr2O3的固溶体的点阵参数,根据Vegard定律计算出固溶体中某相的固溶度,这种方法虽然存在一定的误差,但对于反映固溶度随工艺参数的变化趋势仍然是非常有效的。
刘晓等通过衍射技术计算出了低碳钢中马氏体的点阵常数,并建立了一个马氏体点阵参数随固溶碳量变化的新经验方程, 他们根据试验数据所获得的回归方程可成为钢中相(过饱和)含碳量的实用的标定办法(特别在低碳范围)。
3. 3微观应力的测定微观应力是指由于形变、相变、多相物质的膨胀等因素引起的存在于材料内各晶粒之间或晶粒之中的微区应力。
当一束X射线入射到具有微观应力的样品上时, 由于微观区域应力取向不同, 各晶粒的晶面间距产生了不同的应变, 即在某些晶粒中晶面间距扩张, 而在另一些晶粒中晶面间距压缩,结果使其衍射线并不像宏观内应力所影响的那样单一地向某一方向位移, 而是在各方向上都平均地作了一些位移, 总的效应是导致衍射线漫散宽化。
材料的微观残余应力是引起衍射线线形宽化的主要原因, 因此衍射线的半高宽即衍射线最大强度一半处的宽度是描述微观残余应力的基本参数。
钱桦等在利用X射线衍射研究淬火65Mn钢回火残余应力时发现:半高宽的变化与回火时间、温度密切相关。
与硬度变化规律相似, 半高宽也是随着回火时间的延长和回火温度的升高呈现单调下降的趋势。
因此,X射线衍射中半高宽，回火时间，温度曲线可以用于回火过程中残余应力消除情况的判定。
3. 4宏观应力的测定在材料部件宏观尺度范围内存在的内应力分布在它的各个部分,相互间保持平衡,这种内应力称为宏观应力,宏观应力的存在使部件内部的晶面间距发生改变,所以可以借助X射线衍射方法来测定材料部件中的应力.按照布拉格定律可知,在一定波长辐射发生衍射的条件下, 晶面间距的变化导致衍射角的变化,测定衍射角的变化即可算出宏观应变, 因而可进一步计算得到应力大小.总之,X射线衍射测定应力的原理是以测量衍射线位移作为原始数据,所测得的结果实际上是应变,而应力则是通过虎克定律由应变计算得到。
借助X射线衍射方法来测定试样中宏观应力具有以下优点:(1)不用破坏试样即可测量;(2)可以测量试样上小面积和极薄层内的宏观应力,如果与剥层方法相结合, 还可测量宏观应力在不同深度上的梯度变化;(3)测量结果可靠性高等。
3. 5纳米材料粒径的表征纳米材料的颗粒度与其性能密切相关。
纳米材料由于颗粒细小,极易形成团粒,采用通常的粒度分析仪往往会给出错误的数据。
采用X射线衍射线线宽法( 谢乐法) 可以测定纳米粒子的平均粒径。
顾卓明等采用谢乐法测定了纳米碳酸钙粒子和纳米稀土(主要为CeO2)粒子的平均粒径,测定结果为D CaCO3=39.3nm,D CeO2=11.0nm,另外他们采用透射电镜法测定两种粒子粒径的结果为D CaCO3=40.2nm,D CeO2=12.7nm,两种方法的测量结果比较吻合, 说明谢乐法测定纳米粒子粒径是可信的。
3. 6结晶度的测定结晶度是影响材料性能的重要参数。
在一些情况下,物质结晶相和非晶相的衍射图谱往往会重叠。
结晶度的测定主要是根据结晶相的衍射图谱面积与非晶相图谱面积的比,在测定时必须把晶相、非晶相及背景不相干散射分离开来。
基本公式为:Xc=Ic/(Ic+ KIa)。
式中: Xc 结晶度Ic 晶相散射强度Ia 非晶相散射强度K 单位质量样品中晶相与非晶相散射系数之比。
目前主要的分峰法有几何分峰法、函数分峰法等。
范雄等采用X射线衍射技术测定了高聚物聚丙烯(PP)的结晶度, 利用函数分峰法分离出非晶峰和各个结晶峰, 计算出了不同热处理条件下聚丙烯的结晶度,得出了聚丙烯结晶度与退火时间的规律。
3. 7晶体取向及织构的测定晶体取向的测定又称为单晶定向, 就是找出晶体样品中晶体学取向与样品外坐标系的位向关系。
虽然可以用光学方法等物理方法确定单晶取向, 但X衍射法不仅可以精确地单晶定向, 同时还能得到晶体内部微观结构的信息。
一般用劳埃法单晶定向, 其根据是底片上劳埃斑点转换的极射赤面投影与样品外坐标轴的极射赤面投影之间的位置关系。
透射劳埃法只适用于厚度小且吸收系数小的样品,背射劳埃法就无需特别制备样品, 样品厚度大小等也不受限制, 因而多用此方法。
多晶材料中晶粒取向沿一定方位偏聚的现象称为织构,常见的织构有丝织构和板织构两种类型。
为反映织构的概貌和确定织构指数, 有三种方法描述织构:极图、反极图和三维取向函数, 这三种方法适用于不同的情况。
对于丝织构,要知道其极图形式,只要求出其丝轴指数即可,照相法和衍射仪法是可用的方法。
板织构的极点分布比较复杂, 需要两个指数来表示,且多用衍射仪进行测定。
宓小川采用X射线能谱法测定了金属板材织构,分别获得了IF钢、冷轧电工钢、CuNi15Sn8合金的织构信息, 说明X射线衍射能谱仪在金属板材的织构测定方面具有快速、高效的优点,在材料性能与织构及生产工艺相互关系研究方面有极大的应用价值。
4 X射线衍射的进展4. 1X射线衍射在薄膜材料中的应用人工低维材料的出现是20世纪材料科学发展的重要标志,它所表现出的生命力不仅是因为它不断揭示出深刻的物理内涵,而且更重要的是所发现的新效应不断地被用来开发新的固态器件,对高技术产业产生深远的影响.薄膜就是一种典型的低维材料.薄膜的成分、厚度、应力分布以及表面和界面状态等都会直接影响材料和器件的性能,需要在原子尺度上对材料微结构品质进行评估.除了上述六种X射线衍射的应用适用于薄膜材料分析之外,X射线衍射还可以对薄膜材料作如下分析:厚度是膜层的基本参数.厚度的测量和控制始终是气相沉积薄膜研究和生产中的主要问题之一.由于厚度会产生三种效应:衍射强度随厚度而变,膜愈薄散射体积愈小;散射将显示干涉条纹,条纹的周期与层厚度有关;衍射线随着膜厚度降低而宽化, 因此可从衍射强度、线形分析和干涉条纹来实现薄膜厚度的测定.用X射线仪测量单层膜的小角X衍射线。
由两种材料交替沉积形成的纳米多层膜具有成分周期性变化的调制结构,入射X射线满足布拉格条件时就可能像晶体材料一样发生相干衍射.由于纳米多层膜的成分调制周期远大于晶体材料的晶面间距,其衍射峰产生于小角度区间.小角度X射线衍射被广泛用来测量纳米多层膜的周期数.因此,不论是薄膜厚度还是多层膜的周期数都可以通过X射线衍射测得。
X射线掠入射衍射(grazing incident diffraction, GID)或散射方法的最大优点在于对表面和界面内原子位移十分敏感,可以通过调节X射线的掠入射角来调整X 射线的穿透深度,从而用来研究表面或表层不同深度处的结构分布,如表面单原子的吸附层、表面粗糙度、密度,膜层次序,表面下约1000A深度的界面结构以及表面非晶层的结构等。
4.2由多晶材料得到类单晶衍射数据确定一个晶态材料晶体结构最有力的手段是进行单晶X射线衍射,通常要求单晶的粒径在0.1~1mm之间,但是合乎单晶结构分析用的单晶有时难以获得,且所发现的新材料通常是先获得多晶样品,因此,仅仅依靠单晶衍射进行结构测定显然不能适应新材料研究快速发展的状况.为加速研究工作的进展,以及对复合材料和纳米材料等的结构研究, 都只能在多晶材料下进行研究和测定其晶体结构,因此,X射线粉末衍射法在表征物质的晶体结构,提供结构信息方面具有极其重要的意义和实际应用价值。