x光衍射实验报告

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x光衍射实验报告
篇一：x光衍射实验报告
实验3.材料的x射线衍射物相分析
一、实验原理
1912年英国物理学家布拉格父子通过实验，发现了单色x射线与晶体作用产生衍射的规律。

利用这一规律发明了测定晶格常数d的方法，这一方法也可以用来测定x射线的波长。

如下图所示，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。

光程差为0的衍射叫零级衍射，光程差为λ的衍射叫一级衍射，光程差为nλ的衍射叫n级衍射。

n不同，衍射方向的也不同。

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。

当光程差2dsinθ等于波长的整数倍nλ时，相邻原子面散射波干涉加强，即干涉加强条件为：
2dsinθ=nλ
二、实验仪器及参数的选择
1.实验仪器
本实验使用的仪器是shImAbZu-xRD-7000x射线衍射仪。

x射线衍射仪主要由x射线发射器（x射线管）、测角仪、x 射线探测器、计算机控制处理系统等组成。

衍射仪的结构如下图：
x射线管主要分密闭式和可拆卸式两种。

通常使用密闭式，由阴极灯丝、阳极、聚焦罩组成，功率大部分在1-2千瓦；
测角仪是粉末x射线衍射仪的核心部件，主要由索拉光阑、发散狭缝、接收狭缝、防散射狭缝、样品座及闪烁探测器等组成；
射线仪中常用的探测器是闪烁探测器，它是利用x射线能在某些固体物质（磷光体）中产生的波长在可见光范围内的荧光，这种荧光再转化为能够测量的电流。

由于输出的电
流和计数器吸
收的x光子能量成正比，因此可以用来测量衍射线的强度；
shImAbZu-xRD-7000x射线衍射仪主要操作都是由计算机控制自动完成的，扫描操作完成后，衍射原始数据自动存入计算机硬盘中供数据分析处理。

数据分析处理包括平滑点的选择、背底扣除、自动寻峰、d值计算、衍射峰强度计算等。

2.仪器参数的选择
（1）阳极靶的选择
选择阳极靶的基本要求：尽可能避免靶材产生的特征x 射线激发样品的荧光辐射，以降低衍射花样的背底，使图样清晰；
（2）管电压和管电流的选择
工作电压设定为3-5倍的靶材临界激发电压。

选择管电流时功率不能超过x射线管额定功率，较低的管电流可以延长x射线管的寿命；
（3）发散狭缝的选择（Ds）
要按测定目的选择合适的发散狭缝宽度，通常定性物像分析选用1度发散狭缝，当低角度衍射特别重要时，可以选用1/2度（或1/6度）狭缝；
（4）狭缝的选择
（1）防散射狭缝（ss）用来防止空气等物质引起的散射x射线进入探测器，选用ss与Ds角度相同。

（2）接受狭缝（Rs）的选择：定性分析时使用0.3mm
的接收狭缝，精确测定可使用0.15mm的接收狭缝；
（5）扫描的选择
（a）范围：对cu靶进行相分析时，一般为90度-2度；对于高分子，有机化合物的相分析，范围一般为60度-2度；在定量分析、点阵参数测定时，一般只对欲测衍射峰扫描几度；
（b）速度：常规物象定性分析常采用每分钟2度到4
度的扫描速度，在进行点阵参数测定时，微量分析或物相定量分析时，常采用每分钟1/2度或1/4度的扫描速度。

三、样品制备和测试
x射线衍射分析的样品主要有粉末样品、块状样品、薄膜样品、纤维样品等。

样品不同，分析的目的不同，用测试样品的制备方法也不同。

（1）粉末样品
粉末样品应有一定的粒度要求，所以，通常将试样研细后使用，可用玛瑙研钵研细。

定性分析时粒度小于44微米，定量分析时应将试样研细至10微米左右。

较方便地确定10微米粒度的方法是，用拇指和中指捏住少量粉末，并碾动，两手指间没有颗粒感觉的粒度大致为10微米。

根据粉末的
数量可压在玻璃制的通框或浅框中。

压制时一般不加粘结剂，所加压力以使粉末样品粘牢为限，压力过大可能导致颗粒的择优取向。

当粉末数量很少时，可在玻璃片上抹上一层凡士林，再将粉末均匀撒上。

常用的粉末样品架为玻璃试样架，在玻璃板上蚀刻出试样填充区为20*18平方毫米。

玻璃样品架主要用于粉末试样较少时使
用。

充填时，将试样粉末一点一点地放进试样填充区，重复这种操作，使粉末试样在试样架里均匀分布并用玻璃板压平实，要求试样面与玻璃表面齐平。

如果试样的量少到不能充分填满试样填充区，可在玻璃试样架凹槽里先滴一滴薄层无水乙醇或用醋酸戊酯稀释的火棉胶溶液，然后将粉末试样撒在上面，待干燥后测试。

（2）块状样品
先将块状样品表面研磨抛光，大小不超过20*18平方毫米，然后用橡皮泥将样品粘在铝样品支架上，要求样品表面与铝样品支架表面平齐。

（3）微量样品
取微量样品放入玛瑙研钵汇总将其研细，然后将研细的样品放在单晶硅样品支架上，滴数滴无水乙醇使微量样品在单晶硅片上分散均匀，待乙醇完全挥发后即可测试。

（4）薄膜样品
将薄膜样品剪成合适大小，用胶带纸粘在玻璃样品支架上即可。

四种不同的样品如下图所示：
篇二：x射线多晶衍射实验报告
x射线多晶衍射实验报告
摘要：
本实验主要利用x射线粉末干涉仪分别测定四种样品A、b、c、D的衍射图谱，对样品进行了物相分析。

通过x射线
粉末衍射分析得到样品A为的组分为Tio2晶体；样品b为Zno晶体，且样品b的晶粒大小为：244.68A±0.3360A；样
品c为Tio2和Zno的混合物，且Tio2与Zno的质量比例为1：1；样品D同样是Tio2和Zno的混合物，质量比例为50:11.关键词：
x射线粉末衍射；物相分析；衍射图谱引言：
x射线是一种波长很短的电磁波，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。

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射线的空间衍射光栅,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。

获得多晶衍射图的方法有两种：德拜照相法和衍射仪法。

20世纪50年代初x射线粉末衍射仪开始代替德拜照相法记录粉末衍射数据，而德拜照相法逐渐被淘汰，因为x射线粉末衍射仪法在材料物相的定性、定量测量方面有明显的有优势。

本实验主要通过对x射线粉末衍射仪的了解与运用，从而进一步熟悉定性物相分析和pDF数据库的使用方法，了解定性物相分析、精确测定晶格常数以及晶粒大小测量等实验方法。

实验原理：1、x射线发生器
x射线发生器主要是由x射线管、高压发生器、管压管流稳定电路和各种保护电路组成。

实验中的x射线管主要是利用真空管。

在高真空的玻璃管里，被加热的阴极所发射的热电子，经阴极和阳极间的高电压加速后，高速撞击到阳极上，阳极为产生x射线的靶源。

电子与靶物质发生碰撞而迅速减速，发生多次碰撞，逐次丧失能量，直至完全耗尽为止。

在碰撞过程中会产生具有确定最短波长的x射线连续谱，辐射出特定波长的光子，即标识x射线。

图1x射线管示意图
2、布拉格衍射方程
1—灯丝2—真空3—阳极4—窗口5—管壳6—管座
晶体中原子的排列是有规律的、周期性的，原子间的距离在几埃左右，当波长跟此数量级相近的x射线入射到晶体上，位于晶格点阵上的原子将对x射线产生散射。

同一晶面
族上入射相同的反射线在相互叠加时，如果它们的相位相同将产生干涉。

d(h,k,l)为某一晶面族的间距，h，k，l为晶
面族的面指数，入射x射线与该晶面成?角。

相邻两平面反
射的两条x射线的光程差为??2d(h,k,l)sin?。

当光程差?为入射x射线波长的整数倍n时，
2d(h,k,l)sin??n?（1）
即产生第n级干涉最大值。

此式称为布拉格方程。

3、x 射线粉末衍射
在晶体粉末x射线衍射图谱中，通常衍射峰对应的衍射角取决于晶体的大小和形状，以此对样品进行定性物相分析；而衍射峰的强度取决于晶胞内原子的类型和分布，以此对样品进行定量物相分析。

(一)定性物相分析
定性物相分析的关键就是将获得的未知样品的衍射图
谱与已经化合物的衍射图谱进行一一对比，当未知材料的衍射数据满足以下条件时，便可以确定样品的组成成分。

(1)样品衍射图谱中能找到某组分物相应该出现的各衍
射峰，且其实验的值与相应的已知的值在实验误差范围内误差是一致的。

(2)所有衍射峰的相对强度顺序与已知组分物相的强度
顺序原则上保持一致，但当晶体晶粒具有择优取向时，衍射峰的相对强度顺序会发生变化。

实验中采用粉末卡片衍射集（pDF）对比已知衍射图谱。