X射线衍射原理及应用实例
X射线衍射仪的原理与应用
X射线衍射仪的原理与应用X射线衍射仪是一种重要的科学仪器，广泛应用于材料科学、生命科学和物理学等领域。
它通过射入样品的X射线，利用衍射现象来研究物质结构，为科学研究和工程应用提供了重要的手段。
本文将介绍X射线衍射仪的原理，以及其在材料科学和生命科学中的应用。
一、X射线衍射仪的原理X射线衍射仪的基本原理是利用物质中的晶格结构对入射X射线发生衍射。
当X射线通过物质时，部分X射线会与物质中的原子核和电子云相互作用，形成散射波。
这些散射波相互干涉，形成衍射图样。
根据衍射图样的特征，可以得到物质的晶格结构和晶体学信息。
X射线衍射的原理基于布拉格方程，即nλ = 2dsinθ，其中n为整数，λ为入射X射线波长，d为晶格常数，θ为入射角。
根据布拉格方程，可以通过测量衍射角θ和入射X射线波长λ的数值，在一定的条件下确定物质的晶格常数。
二、X射线衍射仪的应用1. 材料科学领域X射线衍射仪在材料科学领域有广泛的应用。
首先，它可以用于材料的结构分析。
通过测量物质的衍射图样，可以确定物质的晶体结构、晶格常数和晶面取向等信息。
这对于材料的研究和工程设计具有重要意义。
其次，X射线衍射仪还可以用于材料的质量检测和成分分析。
通过测量材料的衍射强度和位置，可以定量分析材料中的晶体相和非晶质相的含量，进而评估材料的质量和性能。
2. 生命科学领域X射线衍射仪在生命科学领域也有应用。
例如，它可以用于蛋白质晶体学研究。
蛋白质晶体学是研究蛋白质结构的重要手段。
通过将蛋白质溶液结晶，并利用X射线衍射仪测量蛋白质晶体的衍射图样，可以解析蛋白质的原子结构，从而揭示其功能和生理过程。
此外，X射线衍射仪还可以用于药物研究和生物医学领域。
通过测量药物晶体的衍射图样，可以确定药物的晶体结构和稳定性，为药物设计和制剂优化提供指导。
同时，X射线衍射仪还可以应用于X射线显像技术，用于肿瘤诊断和器官成像等医学应用。
三、总结X射线衍射仪是一种基于衍射原理的重要科学仪器，可以用于物质结构的研究和分析。
x射线衍射仪的原理及应用实验报告
x射线衍射仪的原理及应用实验报告1. 引言x射线衍射仪是一种常见的科学实验设备，用于研究材料的晶体结构和晶体学性质。
本实验报告旨在介绍x射线衍射仪的原理和应用。
2. 原理x射线衍射仪的原理基于x射线通过晶体产生衍射现象。
当x射线穿过晶体时，与晶体中的原子发生作用，产生衍射图样。
根据衍射图样，可以推断晶体的晶体结构和晶胞参数。
x射线衍射的原理可以用下列公式描述：2dsinθ = nλ其中，d是晶体的晶面间距，θ是x射线入射角度，n是衍射级数，λ是x射线波长。
通过测量衍射角度以及已知的波长和衍射级数，可以计算出晶体的晶面间距。
3. 实验步骤本实验使用x射线衍射仪进行实验，以下是实验步骤：1.准备样品：选择一个单晶样品或者多晶样品，将其固定在样品台上。
2.调整仪器：调整x射线衍射仪的位置、角度和焦距，确保x射线能够准确地照射到样品上。
3.测量衍射角度：将样品台转动，使得x射线通过样品，观察衍射图样，并使用角度测量仪测量衍射角度。
4.计算晶面间距：根据测量得到的衍射角度、已知的波长和衍射级数，计算晶体的晶面间距。
5.分析结果：根据实验结果，分析样品的晶体结构和晶胞参数。
4. 应用4.1. 材料科学x射线衍射仪在材料科学研究中发挥着重要的作用。
通过衍射图样，可以了解材料的晶体结构和晶胞参数，进而研究材料的物理和化学性质。
例如，可以通过x射线衍射仪研究新型材料的晶体结构，以发现其特殊的物理性质。
4.2. 药物研发在药物研发领域，x射线衍射仪被广泛用于研究药物的晶体结构。
通过了解药物的晶体结构，可以了解药物的稳定性、溶解性、活性以及药物与受体的相互作用方式等，为药物设计和研发提供重要的指导。
4.3. 新能源材料x射线衍射仪也被用于研究新能源材料的晶体结构。
通过研究材料的晶体结构，可以了解材料的电子结构和离子导电性能，为新能源材料的研发提供重要的理论依据。
5. 结论x射线衍射仪是一种重要的实验设备，利用x射线衍射原理可以研究材料的晶体结构和晶胞参数。
x射线粉末衍射的原理和应用
x射线粉末衍射的原理和应用原理x射线粉末衍射是一种通过射线和晶体之间的相互作用来研究材料结构的技术。
它基于x射线与晶体相互作用时发生衍射的原理。
衍射是波动现象，当x射线通过晶体时，射线会被晶体的原子散射，形成衍射图样。
这些衍射图样可以提供关于晶体结构的重要信息，如晶格常数、晶体的定向性和结晶度等。
应用x射线粉末衍射在材料科学、结晶学和固体物理等领域具有广泛的应用。
下面是一些常见的应用：1.晶体结构确定：x射线粉末衍射可以被用来确定晶体的结构。
通过分析衍射图样，可以确定晶体中原子的排列方式和晶胞参数，进而得到晶体结构信息。
2.相同样品的鉴定：x射线粉末衍射可以用于鉴定材料的组成。
不同的材料具有不同的晶体结构和衍射图样，通过比较待测样品的衍射图样与已知样品的图样，可以确定待测样品的成分。
3.晶格畸变分析：x射线粉末衍射可以用于分析晶体的畸变情况。
晶体的畸变会影响衍射图样的形状和强度分布，通过对衍射图样的分析，可以了解晶体中的畸变情况及其对材料性质的影响。
4.结晶度分析：x射线粉末衍射可以用于分析材料的结晶度。
结晶度表示材料中有序的晶体结构的程度。
通过对衍射图样中峰的宽度进行分析，可以得到材料的结晶度信息。
5.相变及相分析：x射线粉末衍射可以用于研究材料的相变及相分析。
相变是材料中相的组成与结构变化的过程，通过对相变过程中衍射图样的变化进行分析，可以得到相变过程中结构的演变信息。
6.动态研究：x射线粉末衍射可以用于动态研究。
通过对材料在不同条件下的衍射图样进行比较，可以研究材料在不同温度、压力、湿度等条件下的结构变化。
7.质量控制：x射线粉末衍射可以应用于质量控制和品质分析。
通过对不同批次、不同工艺条件下制备的材料进行衍射分析，可以评估材料的质量和性能。
总结x射线粉末衍射是一种重要的材料结构研究技术，具有广泛的应用前景。
通过对衍射图样的分析，可以获取关于晶体结构、相变、畸变和晶格性质等方面的信息。
它在材料科学、结晶学和固体物理等领域中被广泛应用，并在质量控制和品质分析等方面发挥着重要作用。
x射线衍射仪的原理与应用
X射线衍射仪的原理与应用1. 引言X射线衍射是一种重要的物理现象，通过衍射实验可以获得物质的晶体结构信息。
X射线衍射仪是一种应用广泛的仪器，用于研究晶体结构、确定样品的晶体结构以及分析晶体中的相变现象等。
2. X射线衍射的原理X射线衍射的原理基于布拉格方程，即：nλ = 2d sinθ其中，n为入射X射线的衍射次数，λ为入射X射线的波长，d为晶面的间距，θ为入射X射线与对应晶面的夹角。
当入射X射线满足布拉格条件时，经过晶体衍射后的X射线将出现干涉，形成多种衍射图样。
这些衍射图样包含了晶体结构的信息，可以通过衍射图样的分析来确定晶体的晶格常数、晶胞结构以及晶胞内原子的排列方式。
3. X射线衍射仪的组成X射线衍射仪主要由以下三部分组成： - X射线源：产生高能的X射线，常用的源包括X射线管和同步辐射源。
- 样品支架：用于固定样品，使得X射线可以照射到样品上。
- X射线探测器：用于检测经过样品衍射后的X射线，常用的探测器包括闪烁探测器、CCD探测器和闪光点探测器等。
4. X射线衍射仪的应用X射线衍射仪在科学研究和工业生产中有着广泛的应用，以下列举了一些常见的应用领域：4.1 材料科学X射线衍射仪可以用于研究材料的晶体结构以及晶体相变的过程。
通过衍射图样的分析，可以确定材料中晶胞的尺寸、晶体的晶格类型以及晶格畸变等信息。
4.2 药物研究在药物研究中，X射线衍射仪可以用于分析药物的晶体结构，确定药物分子在晶格中的排列方式。
这对于开发合成新药以及改进药物的性能都具有重要的意义。
4.3 矿物学X射线衍射仪是矿物学研究中常用的工具之一。
通过对矿物样品进行X射线衍射实验，可以确定矿物的成分和晶体结构，帮助矿石勘探和矿石加工。
4.4 金属材料分析X射线衍射仪可以通过衍射图样的分析，确定金属材料的晶体结构和晶粒尺寸等参数。
这对于金属材料的质量控制和材料性能的改进具有重要的意义。
4.5 生物化学X射线衍射也可以应用于生物化学研究中。
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射线衍射分析原理及其应用
X射线衍射分析原理及其应用X射线及XRD1.1 X射线是由高能电子的减速运动或原子内层轨道电子的跃迁产生的短波电磁辐射。
X射线的波长在10-6~10nm，在X射线光谱法中常用波长在0.01~2.5nm范围内。
1.2 X射线的产生途径有四种1）高能电子束轰击金属靶即在一个X射线管中，固体阴极被加热产生大量电子，这些电子在高达100KV的电压下被加速，向金属阳极轰击，在碰撞过程中，电子束的一部分能量转化为X射线；2）将物质用初级X射线照射以产生二级射线—X射线荧光；3）利用放射性同位素衰败过程产生的发射，人工放射性同位素为为某些分析应用提供了非常方便的单能量辐射源；4）从同步加速器辐射源获得。
1.3 X射线的吸收当一束X射线穿过有一定厚度的物质时，其光强和能量会因吸收和散射而显著减小。
物质的原子序数越大，它对X射线的阻挡能力越大，X射线波长越长，即能量越低，越容易被吸收[1] 。
1.4 XRDX射线衍射分析(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射线衍射法是目前测定晶体结构的重要手段，应用极其广泛。
在实际的应用中将该分析方法分3为多晶粉末法和单晶衍射法。
多晶粉末法常用来测定立方晶系的晶体结构点阵形式、晶胞参数及简单结构的原子坐标，还可以对固体式样进行物相分析等。
衍射X射线满足布拉格（W.L.Bragg）方程：2dsinθ=nλ式中：λ是X射线的长；θ是衍射角；d是结晶面间隔；n是整数。
X射线束入射到样品表面后产生衍射，检测器收集衍射X射线信息。
当入射波长λ、样品与X射线束夹角θ及样品晶面间距d满足布拉格公式时，检测器可以检测到最强的信息。
因此采集入射和衍射X射线的角度信息及强度分布，可以获得晶面点阵类型、点阵常数、晶体取向、缺陷和应力等一系列有关材料结构信息[2]，确定点阵参数的主要方法是多晶X射线衍射法[3]。
X射线衍射技术
X射线衍射技术X射线衍射技术是一种应用于材料科学、物理学和化学领域的重要分析方法。
它通过研究材料或化合物对X射线的衍射模式，来确定其晶体结构、晶体参数以及晶体中原子的排列方式。
X射线衍射技术不仅能够揭示物质的微观结构，还可以提供关于晶格应力、晶格畸变以及颗粒尺寸等详细信息。
本文将介绍X射线衍射技术的基本原理、应用领域以及相关仪器。
一、X射线衍射技术基本原理X射线衍射技术的基本原理源于布拉格方程。
布拉格方程表达了入射X射线与晶体晶面间距d、入射角度θ、以及衍射角度2θ之间的关系。
它的数学表达式为：nλ = 2d sinθ其中，n是一个整数，表示衍射过程中的编号，λ是X射线的波长。
通过测量X射线衍射的角度，可以根据布拉格方程计算出晶体晶面间距d，从而推断出晶体的结构特征。
二、X射线衍射技术的应用领域1. 材料科学研究：X射线衍射技术在材料科学中被广泛应用。
它可以帮助研究人员确定金属、陶瓷、玻璃等材料的晶体结构和晶格参数。
通过分析材料的衍射图像，可以评估材料的结晶度、晶体尺寸、晶格畸变以及晶格缺陷等信息，对材料的性能进行优化和改进。
2. 物理学研究：X射线衍射技术在物理学研究中有重要的应用。
例如，通过分析X射线衍射谱，物理学家可以研究晶体中电子行为、电子结构以及电子的自旋轨道耦合等性质。
这些信息对于理解材料的电学、磁学和光学性质具有重要意义。
3. 化学分析：X射线衍射技术也被广泛应用于化学分析领域。
通过对化合物的X射线衍射图谱进行定量分析，可以确定样品中不同的晶相含量、晶相纯度以及杂质的存在情况。
这对于研究样品的稳定性、反应活性以及化学反应机理等都具有重要意义。
三、X射线衍射仪器1. X射线发生器：X射线发生器是产生X射线的核心部件。
其原理基于电子注入金属靶材，当高速电子与靶材相互作用时，会产生X射线辐射。
发生器的性能直接影响到实验的分辨率和灵敏度。
2. X射线衍射仪：X射线衍射仪是对样品进行X射线衍射实验的装置。
X射线衍射原理及应用实例
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1
X射线衍射的基本原理
X射线物相分析方法实例
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2
X射线产生原理：
整个X射线光管处于真空状态。当阴极和阳极之间通以数十千伏的 高压电时，阴极灯丝产生的电子在电场的作用下被加速，并高速 射向阳极靶，电子与阳极靶碰撞，在阳极靶产生X射线。
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误 差 在 标 准 值 的 ±1 ％ 范 围
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Thank You!
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14
实验表明，滑石粉与面粉的混和物进行X射线衍射分析，面粉影响滑石粉的准
确分析；滑石粉面粉经CCl4。初步分离面粉后可以鉴定滑石粉，但CCl4 是有毒 溶剂；灰化处理去除滑石粉中的面粉，但高温灰化，滑石粉的结构及其X射线
衍射特征线可能发生变化，影响其检测鉴定。因此，实验考察了滑石粉面粉的 灰化温度和灰化时间对X射线衍射特征线的影响，择加热温度分别为450℃、 550℃、600。C、650℃和700℃，加热时间分别为1 h、2 h、3 h、4 h和5 h。表2 ～4列出了不同温度和时间时滑石粉的X衍射特征三强线d值的变化。
3
定性分析
定量分析 晶格常数. 晶粒尺寸 宏观应力精选版Βιβλιοθήκη 件pptX射线的应 用范围
4
X射线定性分析基本原理： 布拉格方程： nλ=2dsinθ
当一束X射线照射到晶体上时，被电子所散射，向空间辐 射出与入射波同频率的电波，产生相干散射。这些散射波 之间的干涉作用，使得空间某些方向上的波相互叠加，在 这个方向上可以观测到衍射线。衍射线在空间分布的方位 和强度，与晶体结构密切相关。
X射线粉末衍射仪 XRD 原理、应用与进展篇
X射线粉末衍射仪 XRD 原理、应用与进展篇X射线粉末衍射仪 XRD 原理、应用与进展篇1.衍射分析技术的发展与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单自1896年X射线被发现以来，可利用X射线分辨的物质系统越来越复杂。
从简单物质系统到复杂的生物大分子，X射线已经为我们提供了很多关于物质静态结构的信息。
此外，在各种测量方法中，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。
由于晶体存在的普遍性和晶体的特殊性能及其在计算机、航空航天、能源、生物工程等工业领域的广泛应用，人们对晶体的研究日益深入，使得X射线衍射分析成为究晶体最方便、最重要的手段。
本文主要介绍X射线衍射的原理和应用。
1.1基本构造及原理1.1.1基本构造X射线衍射仪的形式多种多样, 用途各异, 但其基本构成很相似, 图4为X射线衍射仪的基本构造原理图, 主要部件包括4部分。
(1) 高稳定度X射线源提供测量所需的X射线, 改变X射线管阳极靶材质可改变X射线的波长, 调节阳极电压可控制X射线源的强度。
(2) 样品及样品位置取向的调整机构系统样品须是单晶、粉末、多晶或微晶的固体块。
(3) 射线检测器检测衍射强度或同时检测衍射方向, 通过仪器测量记录系统或计算机处理系统可以得到多晶衍射图谱数据。
(4) 衍射图的处理分析系统现代X射线衍射仪都附带安装有专用衍射图处理分析软件的计算机系统, 它们的特点是自动化和智能化。
图1 X射线衍射仪基本构造1.1.2 X射线衍射原理1912年劳埃等人根据理论预见，并用实验证实了X射线与晶体相遇时能发生衍射现象，证明了X射线具有电磁波的性质，成为X射线衍射学的第一个里程碑。
当一束单色X射线入射到晶体时，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。
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射线衍射仪工作原理操作及其应用
X射线衍射仪工作原理操作及其应用（一）工作原理X射线是利用衍射原理，精确测定物质的晶体结构，织构及应力。
对物质进行物相分析、定性分析、定量分析。
广泛应用于冶金、石油、化工、科研、航空航天、教学、材料生产等领域。
特征X射线是一种波长很短(约为20～0.06nm)的电磁波，能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。
在用电子束轰击金属“靶”产生的X射线中，包含与靶中各种元素对应的具有特定波长的X射线，称为特征（或标识）X射线。
考虑到X射线的波长和晶体内部原子间的距离相近，1912年德国物理学家劳厄提出一个重要的科学预见：晶体可以作为X射线的空间衍射光，即当一束X射线通过晶体时将发生衍射，衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。
分析在照相底片上得到的衍射花样，便可确定晶体结构。
这一预见随即为实验所验证。
1913年英国物理学家布拉格父子在劳厄发现的基础上，不仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构，并提出了作为晶体衍射基础的著名公式──布拉格定律：式中λ为X射线的波长，n为任何正整数。
当X射线以掠角θ（入射角的余角，又称为布拉格角）入射到某一点阵晶格间距为d的晶面面上时，在符合上式的条件下，将在反射方向上得到因叠加而加强的衍射线。
（二）操作步骤2.1开机前的准备打开循环水，检查水温是否在20摄氏度左右，上下波动范围不超过3度；室内温度在20摄氏度左右，上下波动范围不超过3度；湿度小于80%；样品放置在样品台正中间；2.2开机检查记录检查情况，填写《仪器设备使用记录》；预热30分钟，加载高压；启动电脑，打开commander软件，点击init drives按钮进行初始化，然后点击Move drives按钮驱动各个轴转动到设定的角度处；在commander软件中将设备功率设定到额定功率，铜靶40KV，40mA；钴靶35KV，40mA；设定2thet角的范围（通常范围在20°到80°）。
X射线衍射原理及应用最终版
表5.2
45
3.2 单晶方法的鉴定
用回转晶体法可以测定结晶高聚物的等同周期、继 而就能确定其晶格常数。空间群等，可用以对高聚物 材料进行鉴定
46
3.3 高聚物材料中各种添加剂的剖析
对高聚物材料中各种添加剂的剖析，X射线衍射中不 可缺少的手段。它不仅能测定添加剂的组分，而且还能 测定每一组分的同分异构体。目前国内外用用在高聚物 材料中的添加剂，组分复杂，作用广泛，种类繁多，如 消光剂、颜料、防老剂、抗氧化剂等等，其添加量也由 万分之几到80%不等。由此可见，对高聚物材料中的各 种添加剂的剖析，除X射线衍射外，以及有机、无机质 谱、发射光谱等配合也是必不可少的。
三、高聚物材料鉴定
3. 1 结晶高聚物的物相分析 3. 2 单晶方法的鉴定 3. 3 高聚物材料中各种添加剂的剖析
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3.1 结晶高聚物的物相分析
这与低分子物质的物相分析五原则差别，但是因为 高聚物衍射条比较少，且又宽阔，还常常受非晶弥散环 重迭的影响，给鉴定工作带来困难，因此往往要求助于 红外光谱、核磁共振等测试工具，但对一些通用的结晶 高聚物材料，如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、聚酯等 ， 可用X线方法鉴定，无需破坏原来的式样，且又快速方 便。对于定性鉴定一个合成高聚物材料是否结晶，以及 和已知材料是否相同，用X射线测定一目了然。举例说 明如下。
1.2.2标识X射线谱
标识X射线是在连续谱的基础上产生的， 当管电压达到一定程度（激发电压）时， 才可以产生标识X射线谱。
标识X射线的产生机理
标识X射线的产生机理与阳极物质的的原子内部结构密切 相关。原子内的电子按泡利不相容和能量最低原理分布在 各个能级。原子系统内的能级是不连续的，按其能量的大 小分为数层，用K、L、M、N、O、P、Q命名。K层能量最 低，最靠近原子核。
X射线衍射分析原理及其应用
X射线衍射分析原理及其应⽤X射线衍射分析原理及其应⽤X射线及XRD1.1 X射线是由⾼能电⼦的减速运动或原⼦内层轨道电⼦的跃迁产⽣的短波电磁辐射。
X射线的波长在10-6 ~10nm，在X射线光谱法中常⽤波长在0.01~2.5nm范围内。
1.2 X射线的产⽣途径有四种1）⾼能电⼦束轰击⾦属靶即在⼀个X射线管中，固体阴极被加热产⽣⼤量电⼦，这些电⼦在⾼达100KV的电压下被加速，向⾦属阳极轰击，在碰撞过程中，电⼦束的⼀部分能量转化为X射线；2）将物质⽤初级X射线照射以产⽣⼆级射线—X射线荧光；3）利⽤放射性同位素衰败过程产⽣的发射，⼈⼯放射性同位素为为某些分析应⽤提供了⾮常⽅便的单能量辐射源；4）从同步加速器辐射源获得。
1.3 X射线的吸收当⼀束X射线穿过有⼀定厚度的物质时，其光强和能量会因吸收和散射⽽显著减⼩。
物质的原⼦序数越⼤，它对X射线的阻挡能⼒越⼤，X射线波长越长，即能量越低，越容易被吸收[1] 。
1.4 XRDX射线衍射分析(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射线衍射法是⽬前测定晶体结构的重要⼿段，应⽤极其⼴泛。
在实际的应⽤中将该分析⽅法分3为多晶粉末法和单晶衍射法。
多晶粉末法常⽤来测定⽴⽅晶系的晶体结构点阵形式、晶胞参数及简单结构的原⼦坐标，还可以对固体式样进⾏物相分析等。
衍射X射线满⾜布拉格（W.L.Bragg）⽅程：2dsinθ=nλ式中：λ是X射线的长；θ是衍射⾓；d是结晶⾯间隔；n是整数。
X射线束⼊射到样品表⾯后产⽣衍射，检测器收集衍射X射线信息。
当⼊射波长λ、样品与X射线束夹⾓θ及样品晶⾯间距d满⾜布拉格公式时，检测器可以检测到最强的信息。
因此采集⼊射和衍射X射线的⾓度信息及强度分布，可以获得晶⾯点阵类型、点阵常数、晶体取向、缺陷和应⼒等⼀系列有关材料结构信息[2]，确定点阵参数的主要⽅法是多晶X射线衍射法[3]。
X射线衍射分析原理与应用
X射线旳强度
X射线衍射理论能将晶体构造与衍射把戏有机地联络起来， 它涉及衍射线束旳方向、强度和形状。
衍射线束旳方向由晶胞旳形状大小决定 衍射线束旳强度由晶胞中原子旳位置和种类决定， 衍射线束旳形状大小与晶体旳形状大小有关。
下面我们将从一种电子、一种原子、一种晶胞、一种晶体、 粉末多晶循序渐进地简介它们对X射线旳散射，讨论散射 波旳合成振幅与强度
根据样品成份选择靶材旳原则是： Z靶≤Z样-1；或Z靶>>Z样。
对于多元素旳样品，原则上是以含量较多旳几种 元素中最轻旳元素为基准来选择靶材。
X射线衍射
1895年伦琴发觉X射线后，以为是一种波， 但无法证明。
当初晶体学家对晶体构造（周期性）也 没有得到证明。
1923年劳厄将X射线用于CuSO4晶体衍射 同步证明了这两个问题,从此诞生了X射线晶 体衍射学
X射线谱-------- 连续X射线谱
X射线强度与波长旳关系 曲线，称之X射线谱。
在管压很低时，不大于 20kv旳曲线是连续变化旳， 故称之连续X射线谱，即 连续谱。
X射线谱-------- 特征X射线谱
当管电压超出某临界值时，特征 谱才会出现，该临界电压称激发 电压。当管电压增长时，连续谱 和特征谱强度都增长，而特征谱 相应旳波长保持不变。
一种原子对X射线旳衍射
当一束x射线与一种原子相遇，原
子核旳散射能够忽视不计。原子
序数为Z旳原子周围旳Z个电子能
够看成集中在一点，它们旳总质
量为Zm，总电量为Ze，衍射强
度为：
Ia I0
Ze 4 Zm 2 R2c4
Z 2Ie
原子中全部电子并不集中在一点， 他们旳散射波之间有一定旳位相 差。则衍射强度为：
X射线衍射分析的实验方法及其应用
X射线衍射分析的实验方法及其应用自1896年X射线被发现以来，可利用X 射线分辨的物质系统越来越复杂。
从简单物质系统到复杂的生物大分子，X射线已经为我们提供了很多关于物质静态结构的信息。
此外，在各种测量方法中，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。
由于晶体存在的普遍性和晶体的特殊性能及其在计算机、航空航天、能源、生物工程等工业领域的广泛应用，人们对晶体的研究日益深入，使得X射线衍射分析成为研究晶体最方便、最重要的手段。
本文主要介绍X射线衍射的原理和应用。
1、 X射线衍射原理1912年劳埃等人根据理论预见，并用实验证实了X射线与晶体相遇时能发生衍射现象，证明了X射线具有电磁波的性质，成为X射线衍射学的第一个里程碑。
当一束单色X射线入射到晶体时，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。
这就是X射线衍射的基本原理。
衍射线空间方位与晶体结构的关系可用布拉格方程表示：1.1 运动学衍射理论Darwin的理论称为X射线衍射运动学理论。
该理论把衍射现象作为三维Frannhofer衍射问题来处理，认为晶体的每个体积元的散射与其它体积元的散射无关，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。
1.2 动力学衍射理论Ewald的理论称为动力学理论。
该理论考虑到了晶体内所有波的相互作用，认为入射线与衍射线在晶体内相干地结合，而且能来回地交换能量。
两种理论对细小的晶体粉末得到的强度公式相同，而对大块完整的晶体，则必须采用动力学理论才能得出正确的结果。
X射线衍射分析的应用
X射线衍射分析的应用衍射分析方法是以材料结构分析为基本目的的现代分析方法。
电磁辐射或电子束、中子束等与材料相互作用产生相干散射（弹性散射），相干散射相长干涉的结果——衍射是材料衍射分析方法的技术基础。
衍射分析包括X射线衍射分析、电子衍射分析及中子衍射分析等方法。
X射线衍射分析基于以下原理：X射线照射晶体，晶体中电子受迫振动产生相干涉，同一原子内各电子散射波相互干涉形成原子散射波，各原子散射波相互干涉，在某些方向上一致加强，即形成了晶体的衍射波（线）。
衍射方向（衍射线在空间分布的方位）和衍射强度是据以现实材料结构分析等工作的两个基本特征。
衍射方向以衍射角即入射线与衍射线的夹角2θ表达，其与产生衍射晶面之晶面间距[d hkl,(HKL)为干涉指数表达之晶面]及入射线波长（λ）的关系即衍射产生的必要条件遵从布拉格方程：2d HKL sinθ=λ多晶X射线衍射的基本方法为衍射仪法与（粉末）照相法。
（粉末）照相法以光源（X射线管）发出的单色光（特征X射线，一般为K a射线）照射（粉末）多晶体（圆柱形）样品，用底片记录产生的衍射线。
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；用平板底片记录着称为针孔法。
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，一般称照相法即德拜法，德拜法照相装置称德拜相机。
衍射仪法分析装置称衍射仪，由光源、测角计、检测器（计数管）、辐射测量电路（信号处理器）及读出部分组成。
衍射仪法亦以单色光照射（置于测角计中心样品架上的）多晶体（平板）样品，检测器与样品台同步转动（保持2:1的角速度比），扫描接收衍射线并转换为电脉冲信号，再经信号处理并记录或显示，得到I（衍射强度）——2θ曲线。
近年来衍射仪法已在绝大多数场合下取代了照相法，成为衍射分析的主要方法。
单晶X射线衍射分析的基本方法为劳埃（Laue）法与周转晶体法。
劳埃法以光源发出的复合光即连续X射线照射置于样品台上不动的单晶体样品，用平板底片记录产生的衍射线。
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
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射线衍射分析的原理应用
X射线衍射分析的原理应用引言X射线衍射是一种非常常用的材料分析技术，通过衍射现象来研究材料晶体结构。
本文将介绍X射线衍射分析的原理及其在各个领域的应用。
1. X射线衍射的原理X射线衍射是基于X射线与材料晶体相互作用产生的衍射现象。
当X射线经过晶体时，射线与晶体的晶格结构相互作用，并通过散射形成衍射图案。
这些衍射图案可以通过仪器进行捕捉和分析，从而得到材料的晶体结构信息。
1.1 X射线的性质X射线是一种具有高能量和强穿透力的电磁辐射。
它具有波粒二象性，既可以被看作是一种电磁波，也可以被看作是由高能量的光子组成的粒子流。
1.2 晶体结构与衍射晶体是由具有规则排列的原子、离子或分子组成的物质。
晶体的结构可以通过X射线衍射来研究。
当入射X射线与晶体结构相互作用时，根据布拉格法则，会出现衍射现象。
衍射是X射线通过晶体后，由于晶体的周期性结构而产生的干涉效应。
1.3 衍射图案的分析通过收集并分析衍射图案，可以推断出晶体的晶格常数、原子位置、结构类型等信息。
常用的分析方法包括粉末衍射法、单晶衍射法等。
2. X射线衍射分析的应用2.1 材料科学X射线衍射在材料科学领域有着广泛的应用。
它可以用于研究材料的晶体结构，探究材料的性质与结构之间的关系。
同时可以用于材料的相分析、缺陷检测、材料的晶体纯度等。
2.2 生物科学X射线衍射在生物科学中也有着重要的应用。
它可以用于研究蛋白质晶体结构，解析生物大分子的三维结构，从而揭示生物分子的功能和机制。
这对药物设计、疾病治疗等方面具有重要意义。
2.3 化学领域X射线衍射技术在化学领域也有着广泛的应用。
它可以用于鉴定化合物的晶体结构，分析化合物的物理性质，研究化学反应的机理等。
2.4 地质学地质学中的矿物分析也经常使用X射线衍射技术。
通过分析岩石中的矿物组成和结构，可以了解地球内部的构造和演化历史，研究地壳运动、地震活动等。
2.5 材料工业材料工业中的材料质量检测、工艺优化等也可以借助X射线衍射技术。
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误 差 在 标 准 值 的 ±1 ％ 范 围
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Thank You!
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X射线的应 用范围
X射线定性分析基本原理： 布拉格方程： nλ=2dsinθ
当一束X射线照射到晶体上时，被电子所散射，向空间 辐射出与入射波同频率的电波，产生相干散射。这些散射 波之间的干涉作用，使得空间某些方向上的波相互叠加， 在这个方向上可以观测到衍射线。衍射线在空间分布的方 位和强度，与晶体结构密切相关。
X射线衍射原理及应用实例
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X射线衍射的基本原理
X射线物相分析方法实例
Hale Waihona Puke .X射线产生原理：
整个X射线光管处于真空状态。当阴极和阳极之间通以数十千伏的 高压电时，阴极灯丝产生的电子在电场的作用下被加速，并高速 射向阳极靶，电子与阳极靶碰撞，在阳极靶产生X射线。
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定性分析 定量分析 晶格常数. 晶粒尺寸 宏观应力
X射线衍射理论所要解决的中心问题是：依靠晶面间距 在衍射现象与晶体结构之间建立起定性和定量的关系。
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X射线物相分析实例
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目前市面上出售的伪劣面粉中的滑石粉的掺 加量通常在5％～40％之间。本实验以较难 检测的掺有5％滑石粉的面粉进行XRD分析 ，结果见图4。其中作为三强线的d值为 9.417、3.122、4.690。与ICDD滑石的X射线 衍射数据标准值吻合。此方法准确性好，可 用于面粉中滑石粉的鉴定。
实验表明，滑石粉与面粉的混和物进行X射线衍射分析，面粉影响滑石粉的准 确分析；滑石粉面粉经CCl4。初步分离面粉后可以鉴定滑石粉，但CCl4 是有毒 溶剂；灰化处理去除滑石粉中的面粉，但高温灰化，滑石粉的结构及其X射线 衍射特征线可能发生变化，影响其检测鉴定。因此，实验考察了滑石粉面粉的 灰化温度和灰化时间对X射线衍射特征线的影响，择加热温度分别为450℃、 550℃、600。C、650℃和700℃，加热时间分别为1 h、2 h、3 h、4 h和5 h。表2 ～4列出了不同温度和时间时滑石粉的X衍射特征三强线d值的变化。