01-XRD-基础与原理(3-衍射原理)
xrd衍射的原理
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xrd衍射的原理宝子!今天咱来唠唠XRD衍射这个超有趣的事儿。
XRD呢,就是X - ray diffraction的缩写,也就是X射线衍射。
你可以把X射线想象成一群超级小的、能量满满的小粒子组成的光线。
这些小粒子就像一个个调皮的小精灵,它们到处乱窜呢。
那这个XRD衍射是咋回事儿呢?当我们用X射线去照射一个晶体的时候,就像是一群小精灵冲向了一个有着特殊结构的城堡。
晶体啊,它可不是随随便便的东西,它内部的原子是按照一定的规律排列的,就像城堡里的房间和走廊都是有规划地分布一样。
X射线的小粒子打在晶体上,就会和晶体里的原子发生相互作用。
这时候啊,就像是小精灵在城堡里撞到了各种障碍物。
有些X射线呢,就会按照原来的方向继续前进,就像那些勇往直前、不被干扰的小精灵。
但是呢,还有很多X射线会改变方向,也就是发生了衍射。
为啥会衍射呢?这就和晶体里原子的排列有关啦。
原子们排得整整齐齐的,就像一个个小格子一样。
X射线打过来的时候,就会在这些小格子之间发生散射。
这些散射的X射线呢,在某些特定的方向上会相互叠加起来,变得特别强。
这就好比一群小精灵在特定的地方集合起来,力量就变得很大了。
我们检测到这些衍射后的X射线的强度和方向。
从强度上来说呢,就像是知道了小精灵在哪些地方集合得最多。
而方向呢,就像是知道了这些小精灵是从哪些路线集合过来的。
通过这些信息啊,我们就能了解晶体内部原子的排列方式啦。
你想啊,如果晶体里原子的排列方式变了,就像城堡的结构被改动了一样。
那X 射线打进去之后,衍射的情况肯定也不一样了。
所以呢,XRD衍射就像是一把神奇的钥匙,能够打开晶体内部结构的大门。
XRD衍射在好多地方都特别有用呢。
比如说在材料科学领域,我们想知道一种新材料的晶体结构,就可以用XRD衍射来探测。
就像我们想了解一个新的城堡里面到底是啥样的布局,就派这些X射线小精灵去探索一样。
在矿物学里也很有用哦,不同的矿物晶体结构不一样,XRD衍射一下,就能准确地分辨出是哪种矿物了。
XRD衍射仪的工作原理PPT课件
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散射或康普顿一吴有 训散射,也称之为不相 干散射,是因散射线 分布于各个方向,波 长各不相等,不能产 生干涉现象。
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不相干散射
• 入射X射线遇到电子时,
•
将电子撞至一方,成为反
冲电子。入射线的能量对
' 0 .01 2 c4 o 3 s
电子作功而消耗一部份后,
剩余部份以X射线向外辐
射。散射X射线的波长
(λ‘)比入射X射线的波
长(λ)长,其差值与角
度α之间存在如右图关系:
• 不相干散射在衍射图相上 成为连续的背底,其强度 随(sinθ/λ)的增加而 增大,在底片中心处(λ 射线与底片相交处)强度 最小,α越大,强度越大。
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射线的探测与防护
X射线的探测
• 荧光屏法; • 照相法; • 辐射探测器法:X射线光子对气体和某些固态物质的电离作用可以用来检查X射线
实际上是无法分辩的。要分辨X射线的光栅 也要在埃的数量级才行。
人们想到了晶体。因为晶体有规范的原子排列,
且原子间距也在埃的数量级,是天然的三维光栅。
• 1895年 德国物理学家---“伦琴”发现X射线18951897年 伦琴搞清楚了X射线的产生、
•
传播、穿透力等大部分性质
•
1901年伦琴获诺贝尔奖
• 1912年 劳埃进行了晶体的X射线衍射实验
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冷却水 金 属 靶
X射线 电子
玻璃 钨灯丝
接变压器
铍窗口
X射线
金属聚灯罩
X射线管剖面示意图
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产生条件
高速电子遇靶突然停止产生X-射线
1.灯丝 产生自由电子
2.高压 加速电子
01-X射线衍射基本原理
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2 2 λ ( CuKα ) = λ ( CuKα 1 ) + λ ( CuKα 2 ) 3 3 = 1.54184 Ǻ
X射线单色化 射线单色化
滤波片:选择吸收限在Kα、Kβ之间的一种 金属薄片,吸收连续谱线及Kβ谱线。Ni片可作 为Cu靶的滤波片。 石墨弯晶单色器:利用弯曲晶体 的反射,使满足衍射几何的Kα谱线 通过,不满足衍射几何的Kβ被除去。
2、X射线的性质 、 射线的性质
与可见光(波长范围390~780nm)一样,X射 线也是一种电磁波,具有波粒二象性。由于本 质相同,两者都会产生干涉、衍射、吸收和光 电效应等现象,但由于波长相差很大,两者表 现截然不同: 1、可见光可以在固体表面发生 反射,X射线不能发生反射,因此不 能用镜面聚焦和变向。 2、 X射线在两种介质间传播时 的折射率稍小于1(约等于1),可近似 认为是直线传播,不能象可见光那样 用透镜聚焦、发散,也不能用棱镜分光、变向。
O
当入射X射线照射到晶体(S)上,在入射线方 向上找一点O(使OS = 1/λ)为倒易点阵的原点, 以S为圆心、以1/λ为半径做圆,当倒易点阵点 倒易点阵点P 倒易点阵点 与圆周相遇时, 的方向即为衍射的方向 的方向即为衍射的方向。 与圆周相遇时,SP的方向即为衍射的方向 如果以S为球心,以1/λ为半径做球,则这 反射球,同样,当倒易点阵点 与球面 当倒易点阵点P与球面 种球称为反射球 反射球 当倒易点阵点 相遇时, 的方向即为衍射的方向 的方向即为衍射的方向。 相遇时,SP的方向即为衍射的方向 因此,倒易点阵可以用来描述 衍射空间,衍射点相应于倒易空间 衍射点相应于倒易空间 的点阵点 。 各种衍射数据的收集方法的基本 原理,都是根据反射球与倒易点阵的 关系设计的 。
3)、 0.05< λ <0.25nm, 该波长范围与晶 体结构中晶面间距相当,通过晶体时会发生衍 射现象, 用于晶体结构分析和研究。→X射线 射线 晶体学
最新XRD的原理及应用课件ppt
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布拉格方程
2 dh *k* l*sin n* n h k* n*ln
d
h
*
k
*
l
-------
*
在
简
化
布
拉
格
方
程
中
称
衍
射
面
间
距或面网间距
θ-----布拉格角或掠射角
λ----入射X射线波长
布拉格方程规定了X射线在晶体内产生 衍射的必要条件,只有d、θ、λ同时满足布 拉格方程时,晶体才能产生衍射
晶体绕晶轴旋转相当 于其倒易点阵围绕过 原点O并与反射球相切 的一根轴转动,于是 某些结点将瞬时地通 过反射球面。
凡是倒易矢量g值小于 反射球直径的那些倒 易点,都有可能与球 面相遇而产生衍射。
2、多晶衍射法
• 所谓多晶法就是用单色X射线照射多晶式样。 包括照相法和衍射仪法
照相法
• 照相法以光源发出的特征X射线照射多晶样 品,并用底片记录衍射花样。根据样品与 底片的相对位置,照相法可以分为德拜法、 聚焦法和针孔法。用其轴线与样品轴线重 合的圆柱形底片记录者称为德拜(Debye) 法;用平板底片记录者称为针孔法。 较早 的X射线衍射分析多采用照相法,而德拜法 是常用的照相法,一般称照相法即指德拜 法,德拜法照相装置称德拜相机其中德拜 法应用最为普遍。
劳厄和布拉格分别根据解体结构的点阵和
结构基元来对衍射方向与晶胞参数之间的 关系进行研究,从而提出了著名的劳尔定 律和布拉格方程。这一新发现开辟了晶体 结构X射线分析的新领域. 奠定了X射线衍射 学的基础.
劳厄方程(式中h、k、l=0、1、2等)
a(cos cos0) h b(cos cos0) k c(cos cos0) l
01-XRD-基础与原理(1-X射线物理基础)
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(X-Ray Diffraction ,XRD)
1
概述
1895年,德国物理学家伦琴
1901
发现X射线
1912年,德国物理学家劳厄等人 发现X射线在晶体中的衍射现象 劳厄方程组
1912年,英国物理学家布·拉格父子 布拉格方程 开创X射线分析晶体结构的历史
1914 1915
2
1916年:德拜、谢乐 多晶体试样的“粉末照相法”
15
1、连续X射线谱
包含从某个短波极限开始 的各种波长的X射线谱。
(1)产生原理 ➢ 轫致辐射:高速电子骤然减
速产生辐射 ➢ 到达阳极的电子数目很多,
并且由于绝大多数电子都要经历多次碰撞产能到达阳极。因此撞 向阳极的时间、条件各不相同。 ➢ 电子动能转化为x-ray的能量也有多有少,从而导致产生的xray频率有大有小,形成不同波长的x-ray,构成连续的谱线。
产生强度特别高的X-ray
电动力学:带电粒子作加速运 动时会辐射光波
上海同步辐射光源
13
上海同步辐射光源演示场景
以接近光速运动的电子在磁场中作曲线运动,改变运动方向时所产生的电磁辐射
14
三、X射线谱
X射线强度与波长的关系曲线, 称之X射线谱,图(a)
从X-ray管中发出的X射线可以 分为:连续X射线谱,图(b) 特征X射线谱,图(c)
晶粒尺寸的计算
晶胞参数的确定……
4
X 射线衍射分析(XRD)
需 分析未知物的物相组成所使用的检测方法?
解 决
XRD物相分析原理?仪器主要结构?样品要求?
的 XRD实验结果如何分析?
问 题 XRD除物相分析外,还能获得材料的哪些信息?
5
xrd的工作原理及使用方法
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xrd的工作原理及使用方法
X射线衍射(XRD)是一种常用的材料分析方法,其工作原理基于布拉格方
程和晶体结构因子的数学表达式。
当一束单色X射线照射到晶体上时,晶体
中原子周围的电子受X射线周期变化的电场作用而振动,从而使每个电子都
变为发射球面电磁波的次生波源。
所发射球面波的频率与入射X射线的波长
一致。
基于晶体结构的周期性,晶体中各个原子(原子上的电子)的散射波
可相互干涉而叠加,称之为相干散射或衍射。
X射线在晶体中的衍射现象,
实质上是大量原子散射波相互干涉的结果。
每种晶体所产生的衍射花样都反
映出晶体内部的原子分布规律。
其中,衍射线的分布规律由晶胞大小、形状
和位向决定,衍射线强度则取决于原子的品种和它们在晶胞中的位置。
因此,不同晶体具备不同的衍射图谱。
在使用XRD时,首先需要选择合适的靶材和X射线波长,以确保衍射图谱的
准确性和可靠性。
常用的靶材包括Cu、Mo等,它们的特征X射线波长不同,需要根据待测样品的性质和所需精度来选择。
其次,需要确定合适的扫描范
围和扫描速度,以确保能够获得完整的衍射图谱和准确的晶格常数。
在测试
过程中,需要注意样品的制备方法,以确保晶体结构的完整性和一致性。
最后,通过对衍射图谱的分析,可以得到样品的晶格常数、晶面间距等信息,
从而了解样品的晶体结构和物相组成。
总之,XRD是一种非常有用的材料分析方法,可以用于研究晶体的结构和物
相组成。
通过了解XRD的工作原理和使用方法,可以更好地应用这一技术来
分析材料性质和结构,为科学研究和技术开发提供有力支持。
XRD的原理及应用ppt课件
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.
10
三、X射线衍射方法
• X 射线的波长较短, 大约在10- 8~ 10- 10cm 之间。与晶体中的原子间距数量级相同, 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。在研究晶体材料时,X射线衍射方 法非常理想非常有效,而对于液体和非晶 态物固体,这种方法也能提供许多基本的 重要数据。所以X射线衍射法被认为是研究 固体最有效的工具。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。
衍射),已成为近代X射线衍射技术取得突出成 就的标志。但在双晶体衍射体系中,当两个晶体 不同时,会发生色散现象。因而,在实际应用双 晶衍射仪进行样品分析时,参考晶体要与被测晶
体相同,这使得双晶衍射仪的使用受到限制。
.
24
四、X射线衍射的应用
• X射线衍射技术发展到今天, 已经成为最基 本、最重要的一种结构测试手段, 其主要应 用主要有物相分析 、 精密测定点阵参数、 应力的测定、晶粒尺寸和点阵畸变的测定、 结晶度的测定 、 晶体取向及织构的测定
.
18
德拜相机
德拜相机结构简单,主 要由相机圆筒、光栏、 承光管和位于圆筒中心 的试样架构成。相机圆 筒上下有结合紧密的底 盖密封,与圆筒内壁周 长相等的底片,圈成圆 圈紧贴圆筒内壁安装, 并有卡环保证底片紧贴 圆筒。
.
19
X射线衍射仪法
• X射线衍射仪法以布拉格实验装置为原型,融合了机械与 电子技术等多方面的成果。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, 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。现代X射线衍射仪还配有控制操 作和运行软件的计算机系统。
XRD技术基础知识讲解
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概念 9、关于光栅常数演示
概念 10、关于光栅方程
2
概念 11、衍射的概念:衍射又称为绕射,光线照射到物体边沿后通过散射继续在空间发射 的现象。如果采用单色平行光,则衍射后将产生干涉结果。相干波在空间某处相遇后,因位 相不同,相互之间产生干涉作用,引起相互加强或减弱的物理现象。 衍射的条件,一是相 干波(点光源发出的波),二是光栅。 衍射的结果是产生明暗相间的衍射花纹,代表着衍射 方向(角度)和强度。根据衍射花纹可以反过来推测光源和光珊的情况。 为了使光能产生 明显的偏向,必须使“光栅间隔”具有与光的波长相同的数量级。用于可见光谱的光栅每毫米 要刻有约 500 到 500 条线 。 1913 年,劳厄想到,如果晶体中的原子排列是有规则的,那么 晶体可以当作是 X 射线的三维衍射光栅。X 射线波长的数量级是 10-8cm ,这与固体中的原子 间距大致相同。果然试验取得了成功,这就是最早的 X 射线衍射。 显然,在 X 射线一定的 情况下,根据衍射的花样可以分析晶体的性质。但为此必须事先建立 X 射线衍射的方向和 强度与晶体结构之间的对应关系。 1、X 射线衍射方向 衍射方向问题实际上就是衍射条件问题。怎样建立衍射条件呢?根据几何光学的做法只要计 算光程差就可以了。让我们来看一下布拉格是如何建立衍射条件的。 波长为λ的入射束 P,Q 分别照射到处于相邻晶面的 A、A'两原子上,晶面间距为 d,在与入射角相等的反射方向上 其散射线为 P’、Q’。光程差δ=A’e+A’f=2dsinθ。由于干涉加强(即发生“衍射”)的条件是δ 等于波长的整数倍 nλ,因此可以写出衍射条件式为: 2dsinθ=nλ 上述方程是英国物理学家 布拉格父子于 1912 年导出,故称布拉格方程。 2、布拉格方程的意义。 ① 选择反射
x射线衍射仪(xrd)的工作原理
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x射线衍射仪(xrd)的工作原理下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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XRD基础知识与分析方法

主要分析方法如下: 将由衍射花样及计算获得的d -I 数据组与已知物质的d –I 数据组(由PDF
卡片提供)进行对比,从而鉴定出试样中存在的物相。 即:
• 获得样品的衍射花样: (2-I )试样数据组, • 用布拉格方程将 (2-I )试样转换成 (d-I )试样 ;
多晶材料中晶粒数目庞大,且形状不规则,衍射法所测得的“晶粒尺寸”是大量 晶粒个别尺寸的一种统计平均。这里所谓“个别”尺寸是指各晶粒在规定的某一 面网族的法线方向上的线性尺寸。因此,对应所规定的不同面网族,同一样品会 有不同的晶粒尺寸。故要明确所得尺寸对应的面网族。
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
a h2 k 2 l 2 1.5405
2 sin
2 sin 8117
o
4.0490 A
32 32 32
2.4 晶粒尺寸的测定
晶粒尺寸是材料形态结构的指标之一。材料中晶粒尺寸小于10nm时,将导致多晶 衍射实验的衍射峰显著增宽。故根据衍射峰的增宽可以测定其晶粒尺寸。
01
02
2 XRD在薄膜材料
研究中的应用
03
04 05
2.1 物相分析(定性、定量) 2.2 晶粒取向测定 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
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 像来鉴别晶体物质,即将未知物相的 衍射花样与已知物相的衍射花样相比 较。因此,X射线衍射分析可得出材 料中物相的结构及元素的存在状态。 根据衍射特征来鉴定晶体物相的方法 称为物相分析法。
XRD的原理、方法及应用 ppt课件

X射线单晶衍射仪
XRD的应用
• 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。
便携式XRD应力测试仪
XRD的应用
• 4、晶粒尺寸和点阵畸变的测定 • 在晶粒尺寸和点阵畸变测定过程中,需要做的工作
有两个:⑴ 从实验线形中得出纯衍射线形,最普 遍的方法是傅里叶变换法和重复连续卷积法。⑵ 从衍射花样适当的谱线中得出晶粒尺寸和缺陷的信 息。
XRD的应用
• 5、单晶取向和多晶织构测定 • 单晶取向的测定就是找出晶体
• 2. 1912年,德国,劳厄,第一张X射线衍射花样, 晶体结构,电磁波,原子间距,劳厄方程;
• 1913-1914年,英国,布拉格父子,布拉格方程( 2dsinθ=nλ),晶体结构分析;
• 3. 1916年,德拜、谢乐,粉末法,多晶体结构分析 ;
• 4. 1928年,盖格,弥勒,计数管,X射线衍射线强 度,衍射仪。
材料表征概述
• 以纳米粉体材料为例,常用的表征手法如下图所示 :
材料表征概述
• XRD即X-Ray Diffraction(X射线衍射)的缩写。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。
X射线衍射仪
材料表征概述
• 1. 1895年,德国,伦琴,发现,医疗,第一个诺贝 尔物理奖;
• 然而,如果为了研究样品的某一特征衍射,择优取 向却是十分有用的,此时,制样将力求使晶粒高度 取向,以得到某一晶面的最大强度。
XRD基本原理-xrd基本原理

一文瞧懂X R D基本原理(必收藏)XRD全称X射线衍射(X—Ray Diffraction ),利用X射线在晶体中得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得确定物相,并拥有“透视眼”来瞧晶体内部就是否存在缺陷(位错)与晶格缺陷等,下面就让咱们来简要得了解下X RD寻原理及应用与分析方法,下面先从XF D原理学习开始。
1X射线衍射仪得基本构造XRD疔射仪得适用性很广,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,就是一个标标准准得“良心产品”。
在X射线衍射仪得世界里,X射线发生系统(产生X射线)就是“太阳”,测角及探测系统(测量2B与获得衍射信息)就是其“眼睛”,记录与数据处理系统就是其“大脑”,三者协同工作,输出衍射图谱。
在三者中测角仪就是核心部件,其制作较为复杂,直接影响实验数据得精度,毕竟眼睛就是心灵得窗户嘛!下面就是X射线衍射仪与测角仪得结构简图•X R D结构简图测角仪XR D立式测角仪2 X射线产生原理X射线就是一种频率很高得电磁波,其波长为10-8 —10- 12m远比可见光短得多,因为其穿透力很强,并且其在磁场中得传播方向不受影响。
小提示:X射线具有一定得辐射,对人体有一定得副作用,目前主要铅玻璃来进行屏蔽。
X射线就是由高速运动得电子流或其她高能辐射流(丫射线、中子流等)流与其她物质发生碰撞时骤然减速,且与该物质中得内层原子相互作用而产生得•X 射线管得结构不同得靶材,因为其原子序数不同,外层得电子排布也不一样,所以产生得特征 X 射线 波长不同•使用波长较长得靶材得X R D 所得得衍射图峰位沿2B 轴有规律拉伸;使用短 波长靶材得XRD 谱沿20轴有规律地被压缩•但需要注意得就是,不管使用何种靶材得 X 射线管,从所得到得衍射谱中获得样品面间距 d 值就是一致得,与靶材无关。
辐射波长对衍射峰强得关系就是:衍射峰强主要取决于晶体结构,但就是样品得质量吸 收系数(M AC )与入射线得波长有关,因此同一样品用不同耙获得得图谱上得衍射峰强度 会有稍微得差别•特别就是混合物,各相之间得MAC 都随所选波长而变化,波长选择不当 很可能造成XRD 定量结果不准确.因为不同元素MA C 突变拥有不同得波长,该波长就称为材料得吸收限 ,若超过了这个范 围就会出现强得荧光散射。
XRD 基本原理-xrd基本原理

一文瞧懂XRD基本原理(必收藏)XRD全称X射线衍射(X-Ray Diffraction),利用X射线在晶体中得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得确定物相,并拥有“透视眼”来瞧晶体内部就是否存在缺陷(位错)与晶格缺陷等,下面就让咱们来简要得了解下XRD得原理及应用与分析方法,下面先从XRD原理学习开始。
1X射线衍射仪得基本构造XRD衍射仪得适用性很广,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,就是一个标标准准得“良心产品”。
在X射线衍射仪得世界里, X射线发生系统(产生X射线)就是“太阳”,测角及探测系统(测量2θ与获得衍射信息)就是其“眼睛”,记录与数据处理系统就是其“大脑”,三者协同工作,输出衍射图谱。
在三者中测角仪就是核心部件,其制作较为复杂,直接影响实验数据得精度,毕竟眼睛就是心灵得窗户嘛!下面就是X射线衍射仪与测角仪得结构简图.XRD结构简图XRD立式测角仪2X射线产生原理X射线就是一种频率很高得电磁波,其波长为10-8—10-12m远比可见光短得多,因为其穿透力很强,并且其在磁场中得传播方向不受影响。
小提示:X射线具有一定得辐射,对人体有一定得副作用,目前主要铅玻璃来进行屏蔽。
X射线就是由高速运动得电子流或其她高能辐射流(γ射线、中子流等)流与其她物质发生碰撞时骤然减速,且与该物质中得内层原子相互作用而产生得.X射线管得结构不同得靶材,因为其原子序数不同,外层得电子排布也不一样,所以产生得特征X射线波长不同.使用波长较长得靶材得XRD所得得衍射图峰位沿2θ轴有规律拉伸;使用短波长靶材得XRD谱沿2θ轴有规律地被压缩.但需要注意得就是,不管使用何种靶材得X 射线管,从所得到得衍射谱中获得样品面间距d值就是一致得,与靶材无关。
辐射波长对衍射峰强得关系就是:衍射峰强主要取决于晶体结构,但就是样品得质量吸收系数(MAC)与入射线得波长有关,因此同一样品用不同耙获得得图谱上得衍射峰强度会有稍微得差别.特别就是混合物,各相之间得MAC都随所选波长而变化,波长选择不当很可能造成XRD定量结果不准确.因为不同元素MAC突变拥有不同得波长,该波长就称为材料得吸收限,若超过了这个范围就会出现强得荧光散射。
xrd衍射的基本原理
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xrd衍射的基本原理
X射线衍射(XRD)是一种通过散射X射线来研究物质晶体结构的技术。
它的基本原理是当入射X射线通过晶体时,晶体内的原子核和电子会对X射线产生散射,形成一系列Ewald球,而这些Ewald球的交汇点就代表着散射X射线的位置和角度。
由于不同晶体在原子排列方面的差异,它们会对X射线产生不同的散射图案,称为衍射图。
通过衍射图的分析,可以得到晶体的晶格常数、晶体结构、晶粒尺寸等信息。
X射线衍射是一项重要的实验技术,广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域的研究。
(完整word版)XRD基本原理
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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。
1X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。
辐射波长对衍射峰强的关系是:衍射峰强主要取决于晶体结构,但是样品的质量吸收系数(MAC)与入射线的波长有关,因此同一样品用不同耙获得的图谱上的衍射峰强度会有稍微的差别。
xrd原理
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xrd原理X射线衍射(XRD)原理引言:X射线衍射(XRD)是一种常用的分析技术,广泛应用于材料科学、地质学、化学、生物学等领域。
该技术通过将物质暴露于X射线束中,利用晶体的内部结构对射线进行衍射,进而得到有关样品结构的信息。
本文将重点介绍XRD的基本原理以及其在材料科学中的应用。
1. X射线的产生X射线是一种电磁波,其波长范围从0.01纳米到10纳米。
X射线的产生通常通过将高速电子轰击金属靶来实现。
当高速电子与金属靶相碰撞时,部分电子会被靶材上的原子排斥,从而形成X射线。
2. X射线的衍射当X射线通过物质时,会与物质中的原子或晶体结构相互作用。
在晶体内部,X射线会被晶体的周期性结构所衍射。
根据布拉格(Bragg)方程,衍射的角度与晶格常数以及入射X射线的波长有关。
通过测量衍射角度,我们可以确定晶体的晶格常数。
3. X射线衍射仪X射线衍射仪是测量X射线衍射的主要工具。
其主要组成部分包括X射线发射源、样品台、衍射角测量装置和X射线检测器。
X射线通过样品后,通过衍射角测量装置测量衍射角度,然后由X射线检测器测量衍射强度。
4. XRD数据分析通过X射线衍射仪测量得到的衍射数据可以提供有关样品晶体结构的信息。
通过分析衍射峰的位置和强度,可以确定晶格常数、晶体结构和晶胞参数。
此外,通过对衍射峰的形状和宽度进行分析,可以推断晶体的缺陷和畸变。
5. XRD在材料科学中的应用XRD在材料科学中具有广泛的应用。
首先,它可以用来确定材料的结晶度。
对于多晶材料,通过测量衍射峰的强度可以评估晶体的有序程度。
其次,XRD可以用来鉴定材料的晶体结构。
通过比对实验数据与已知的材料数据库,可以确定材料的晶体结构和组成。
此外,XRD还可以用来研究材料中的应变和畸变。
通过测量衍射峰的形状和宽度,可以确定材料内部的应变状态和畸变情况。
6. XRD的局限性尽管X射线衍射技术在材料科学中具有广泛的应用,但也存在一些局限性。
首先,X射线无法直接测量非晶态物质,因为非晶态物质没有明确的晶体结构。
[课件]XRD物理学基础及晶体衍射基础PPT
![[课件]XRD物理学基础及晶体衍射基础PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/d19bbb4f1eb91a37f1115cf9.png)
3.1 连续X射线谱
3 X射线谱
产生: 连续X射线是高速运 动的电子被阳极靶 突然阻止而产生的。 下图是钨阳极X射线 管所发出的连续X射 线谱的示意图。
3.2 特征X射线谱
原子结构:原子核、电子(K、L、M、
N……);每层2n2个电子 能量分布: K、L、M、N……层能量最低, 电子总是先占满最低层 能量最低原理:K层电子激发,L、M、N上 的电子往K层跃迁,多余的能量以X射线光 子的形式释放
产生: 当管电压超过某 一临界值V激后(如对 钼靶超过20千伏), 强度分布曲线I(λ) 将产生显著的变化, 即在连续X射线谱的某 几个特定波长的地方, 强度突然显著的增大, 如图所示。由于它们 的波长反映了靶材料 的特征,因此称之为 特征X射线谱。
图中两个强度特别高的窄峰称为钼的K系X射线,波 长为0.63埃的是Kβ射线,波长为0.71埃的是Kα射线。 Kα射线又可以细分为Kα1及Kα2 两条线。当用原子 序数较高的金属做阳极靶时,除去K 系射线外,还 可得到L、M等系的特征X射线。在通常X射线衍射 工作中,一般均采用强而窄的Kα 谱线。 当继续提高管电压时,图中所示各特征X射线的强 度不断提高,但其波长不变材料研究方面的应用
1、单晶材料:晶体结构、对称性和取向方位、 缺陷观察(完整性) 2、物相鉴定(定性分析) 3、定量分析、测定相图或固溶度 4、晶粒大小、应力应变
2 X射线的产生条件
X射线产生示意图
条件:
1.产生并发射自由电子(例如加热钨灯丝发射 热电子); 2.在真空中(一般为10-6毫米汞柱)迫使自由电 子朝一定方向加速运动,以获得尽可能高的 速度; 3.在高速电子流的运动路程上设置一障碍物 (阳极靶),使高速运动的电子突然受阻而 停止下来。这样,靶面上就会发射出X射线。
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2dsinθ=λ
B、已知d 的晶体,测角,结合布拉格方程得到特征 辐射波长 ,再利用莫色莱定律,从而计算物质
的原子序数来确定元素及元素组成——X-ray荧光 分析基础
27
28
29
3、衍射矢量方程和厄尔瓦德图解
在描述X射线的衍射几何原理时,主要是解决两个 问题: ①产生衍射的条件,即满足布拉格方程或劳厄方程; ②衍射方向,即根据布拉格方程或劳厄方程确定的衍 射角2。
例:一组晶面间距从大到
小的顺序:2.02Å ,1.43Å , 1.17Å,1.01 Å,0.90 Å, 0.83 Å,0.76 Å……当用
波长为λkα = 1.94Å的铁 靶照射时,因λkα/2 = 0.97Å ,只有四个d大于它,
故产生衍射的晶面组有四
个。如用铜靶进行照射,
因λkα/2 = 0.77Å, 故
0
2,2,0
3,1,0
2,2,2
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
图3(1) X射线衍射花样与晶胞形状及大小之间的关系
21
Intensity (%)
1,0,1 100
90
80
70
60
50
1,1,0
40
30
20
10
0
35
40
45
50
0,0,2
2,0,0
§3 X射线衍射原理
衍射的本质:晶体中各原子相干散射波叠加 (合成)的结果。
衍射波的两个基本特征 ① 衍射方向:衍射线在空间分布的方位 ② 衍射强度:它们与晶体结构密切相关。
1
一、X射线衍射几何条件 —— X射线衍射方向
2
波产生干涉的条件: 振动方向相同,波长相同、相位差恒定
➢ 相长干涉:当波程差△= nλ时,两个波相互加强。 ➢ 相消干涉:当波程差△= (2n+1) λ/2时,二者刚好
轴的夹角为α,β,γ
a(cos-cos0)=H Laue方程组 b(cos-cos0)=K
c(cos-cos0)=L S0
Y S
O X
确定衍射线方向的基本方程
Z
8
, , 之间有一定的约束关系
如在立方晶系系中:cos2 cos2 cos2 1 a(cos-cos0)=H b(cos-cos0)=K c(cos-cos0)=L
70
60
50
40
30 20 10
0,0,2
0,2,0 2,0,0
1,1,2 1,2,1 2,1,1
0,2,2 2,0,2 2,2,0
0,1,03,3
0,3,11,3,0
3,03,,11,0
0
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
X射线衍射花样与晶胞形状及大小之间的关系
上任取产一生点衍C射为的球条件心:,若以以入
入射线射 点波线 ,长与 形的反 成射 倒倒球 易数的 点1交 阵/点 , 为 只原 要
P1
rP*1
S1P/1/ S1P/2 /
• S0 / C rP*2
O*
为半径倒的易球点。落在反射球面上,
P2
对应的点阵面都能满足布
拉格条件,衍射线方向为
反射球心射向球面上其倒
A:入射方向不变,转动晶体
固定反射球,令倒点阵绕原点 O转动(即样品转动)。有可能 使一些倒格点经过球面(转晶 法的基础)。
→S0
(HKL)面
N
→
S
S - S0
S - S0// N
(衍射矢量图示)
31
B 衍射矢量方程
S- S0
2 sin
d HKL
→→
S - S0
1
d HKL
R*HKL//N且R*HKL=1/dHKL
( s - s0 )/ R *HKL
32
(s
-
s0
)
R
*HKL
若设,s / K ,s0 / K0
55
60
65
70
1,1,2
2,1,1
75
80
85
(a) 体心四方 a=b=0.286nm,c=0.320nm
2,0,2
2,2,01,0,3
90
95
100
105
3,0,13,1,0
110
115
120
Intensity (%)
0,1,1
100
1,0,1
90
1,1,0
80
(b) 体心正交: a= 0.286nm, b=0.300nm, c=0.320nm
前六个晶面组都能产生衍
射。
C、布拉格方程是X射线在晶体产生衍射的必要条件 而非充分条件
(4) 2dsinθ=λ 的应用
2dsinθ=λ
描述X射线衍射方向中最重要、应用很广泛的基础公式:形 式简单,能够说明衍射的基本关系。 从实验角度可归结为两方面的应用。
A、已知 ,测角,计算d;
用已知波长的X射线去照射晶体,通过衍射角的测量求 得晶体中各晶面的面间距d,从而了解晶体结构----X射 线衍射学;
A、B两原子散射波在原子面反射方向上的光程差为0, 说明它们的位相相同,干涉加强形成衍射线。
10
(2) 在平行的多层原子面上产生衍射的情况
光程差必须为入射光波长的整倍数
= AO+OB = 2dhklsin
2dhklsin =nλ
n为整数, 称为衍射级数
11
2d sin = nλ
n可以取无限多值吗?
从四个方程,求解三个变量 , , ,不一定有解,只 有选择适当的波长或选取适当的入射方向才能使方程有解。
9
2、布喇格方程 (1) 在单一原子面上产生衍射的情况
C
当一束平行的X射线以角投射到一个原子面上时,其 中任意两个相邻原子A、B的散射波在原子面反射方向 上的光程差为: =AD-CB=ABcos -ABcos =0
2,2,0
(116.40,16.6)
(98.96,9.3)
10
0
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
Intensity (%)
1,1,0 100
90
80 70
(b) 体心立方 W
60
a=b=c=0.3165 nm
50
40
2,1,1
30
20
2,0,0
10
(90.41,22.7)
20
2,2,2
4,0,0
10
(95.67,6.6)
(117.71,3.8)
0
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
23
(3)布拉格方程的讨论
2dsinθ=λ
A、晶面反射与镜面反射的区别
可见光的反射仅限于物体的 表面;而X射线的“反射” 实际上是受X射线照射的所 有原子(包括晶体内部)的 散射线干涉加强而形成的。
随后,布拉格父子(W.H.Bragg与W.L.Bragg)类比 可见光镜面反射实验,用X射线照射岩盐(NaCl),
并依据实验结果导出布拉格方程。
结合倒点阵,衍射方向还可用衍射矢量方程表示
以上三类方程是从不同角度出发描述X衍射线产生的几何条件
4
在推导三类方程(劳厄方程、布拉格定律、衍射矢量 方程)时,作的三点假设
散射线干涉一致加强的条件为 =H,即
a(cos-cos0)=H (H为整数)
一维劳厄方程:表达了入射线的波长() 和方向(0)、 点阵常数(a)与衍射线方向()的相互关系。
6
cos
H
a
cos0
(2)三维劳厄方程
在三维空间:设入射线S0与三个晶轴的夹角分别为0 , 0 , 0;如果有衍射线产生,则设衍射线S与X轴、Y轴、Z
22
Intensity (%)
1,1,0
(44.68,100.0) 100
90
80
(a) 体心立方 -Fe
70
60
a=b=c=0.2866 nm
50
40
2,1,1
30
2,0,0
(82.35,28.1)
3,1,0
20
(65.03,14.9)
2,2,0
(116.40,16.6)
(98.96,9.3)
10
17
干涉指数和晶面指数
晶面(hkl)的n级反射面 (nh nk nl),用(HKL)表示 ,称为反射面或者干涉面。
(hkl)是晶体中实际存在的晶面,(HKL)仅仅是为了 使问题简化而引入的虚拟晶面。
干涉面的面指数称为干涉指数,一般有公约数n,例如 (200)、(222)等。而晶面指数只能是互质的整数。
19
2dsinθ=λ
X射线衍射方向由晶体的晶胞大小与形状决定
20
Intensity (%)
1,1,0
(44.68,100.0) 100
90
80
(a) 体心立方 -Fe