第一篇：X射線衍射分析技術(shù)(歷年真題及答案)（模版）

X射線衍射分析技術(shù)——碩士生考試試卷

2008.11.11

1.簡述X射線法精確測量晶格常數(shù)的方法原理與應(yīng)用。

方法原理：X射線衍射法測量點陣常數(shù)，是利用精確測得的晶體衍射峰位2θ角數(shù)據(jù)，根據(jù)布拉格定律2dsinθ=λ和點陣常數(shù)（a，b，c）與晶面間距d的關(guān)系計算出點陣常數(shù)。應(yīng)用：點陣常數(shù)是晶態(tài)材料的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)。它與晶體內(nèi)質(zhì)點間的鍵合密切相關(guān)。它的變化是晶體成分、應(yīng)力分布、缺陷及空位濃度變化的反映。通過精確測量點陣常數(shù)及其變化，可以研究固溶體類型、固溶度、密度、膨脹系數(shù)、鍵合能、相圖的相界等問題，分析其物理過程及變化規(guī)律。但是，在這些過程中，點陣常數(shù)的變化一般都是很小的（約為10-4埃數(shù)量級），因此必須對點陣常數(shù)精確測量。

2.為什么說X射線衍射線的線性與晶體材料的微晶尺寸有關(guān)？簡述通過線性分析法確定微晶尺寸的方法原理與應(yīng)用。

關(guān)聯(lián)：（P169）干涉函數(shù)的每個主峰就是倒易空間的一個選擇反射區(qū)。三維尺寸都很小的晶體對應(yīng)的倒易陣點變?yōu)榫哂幸欢w積的倒易體元（選擇反射區(qū)），選擇反射區(qū)的中心是嚴格滿足布拉格定律的倒易陣點。反射球與選擇反射區(qū)的任何部位相交都能產(chǎn)生衍射。衍射峰的底寬對應(yīng)于選擇反射區(qū)的寬度范圍。選擇反射區(qū)的大小和形狀是由晶塊的尺寸D決定的。因為干涉函數(shù)主峰底寬與N成反比，所以，選擇反射區(qū)的大小與晶塊的尺寸成反比。原理：利用光學(xué)原理，可以導(dǎo)出描述衍射線寬與晶塊尺寸的定量關(guān)系，即謝樂公式：

??k?

Dcos?D?md為反射面法向上晶塊尺寸的平均值，只要從實驗中側(cè)的衍射線的加寬?，便可通過上述公式得到晶塊尺寸D。

應(yīng)用：尺寸為10-7~10-5cm(1~100nm)的微晶，能引起可觀察的衍射線的寬化。因此，可以測量合金的微晶尺寸；可以粗略判斷微晶的形狀；可以用通過線性分析，測量合金時效過程中析出的第二相的尺寸，從而分析第二相的長大過程。

3.為什么說X射線衍射線的線性與晶格畸變有關(guān)？簡述通過線性分析法確定微觀應(yīng)力的原理與方法。

關(guān)聯(lián)：由于塑性材料在形變、相變時會使滑栘層、形變帶、孿晶、以及夾雜、晶界、亞晶界、裂紋、空位和缺陷等附近產(chǎn)生不均勻的塑性流動，從而使材料內(nèi)部存在著微區(qū)(幾十埃）應(yīng)力。這種應(yīng)力也會由多相物質(zhì)中不同取向晶粒的各向異性收縮或合金中相鄰相的收縮不一致或共格畸變所引起。試樣中的這種應(yīng)力即無一定的方向，又無一定的大小。因此它們使面間距產(chǎn)生一定的變化范圍，從而衍射角有個變比范圍，即使衍射線寬化。

原理：晶面間距的改變，會導(dǎo)致衍射角相應(yīng)的變化，因此，對布拉格方程微分可得：

??4tan???d d如果利用晶面間距的相對變化來表達微觀應(yīng)力（晶格畸變），那么，只要從實驗中測得衍射線的加寬，便可通過上式計算微觀應(yīng)力（晶格畸變）。方法：

4.x射線衍射定量分析（K值法）所依據(jù)的原理是什么？簡述X射線定量分析的簡要步驟。

原理：（P139和P142）

IjIsj?KJsWj?Ws

簡要步驟：測定Ks值制備一個待測相（j相）和內(nèi)標(biāo)物質(zhì)（S相）重量為1:1的兩相復(fù)合試樣，測量此復(fù)合試樣中j及S相某選測峰的衍射強度Ij和IS。因為此復(fù)合試樣中Wj?/Ws?1，故Ks?Ij/Is。j(2)制備待測相的復(fù)合試樣向待測試樣中摻入與測Ksj時相同的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)（摻入量不限），混合均勻，即為待測相的復(fù)合試樣。

(3)測量待測相的復(fù)合試樣所選測的衍射峰及實驗條件與測定Ksj時完全相同。

(4)計算待測相的含量由測量待測相的復(fù)合試樣所得的Ij和Is、S相的摻入量Ws、預(yù)先測出的Ksj計算出W’j，再利用關(guān)系式W’j=Wj/(1-Ws)即可求出Wj。

5.通過本課程學(xué)習(xí)，你取的了哪些收獲》？談?wù)勛约旱拇T士論文研究工作中怎樣發(fā)揮X射線衍射分析技術(shù)的作用。

定性相分析，定量相分析，測織構(gòu)，測強化相微晶尺寸、微觀應(yīng)力，測晶格常數(shù)等等。

X射線衍射分析技術(shù)——碩士生考試試卷

2005

1、X射線衍射定性、定量物相分析所依據(jù)的原理是什么？簡述X射線衍射定性、定量物相分析的簡要步驟？ 定性分析原理：1，任何一種結(jié)晶物質(zhì)都具有特定的晶體結(jié)構(gòu)，在一定波長的X射線照射下，每種晶體物質(zhì)都給出自己特有的衍射花樣。每一種晶體物質(zhì)和它的衍射花樣都是一一對應(yīng)的，不可能有兩種晶體物質(zhì)給出完全相同的衍射花樣。2，試樣中存在兩種以上不同結(jié)構(gòu)物質(zhì)時，每種物質(zhì)所特有的衍射花樣不變，多相試樣的衍射花樣是由它和所含物質(zhì)的衍射花樣機械疊加而成。

定性分析步驟：1，獲得衍射花樣；2，計算面間距d值和測量相對強度I/I1值（I1為最強線的強度）；3，查找PDF卡片；4，核對五強線或八強線的d-I/I1值使之相匹配；5，用同樣的方法查找余下的衍射峰。

定量分析原理步驟：（同2008第4題）

2、材料中有哪幾類應(yīng)力？各類應(yīng)力對X射線衍射線分別產(chǎn)生什么效應(yīng)？為什么會產(chǎn)生這樣的效應(yīng)？簡述第一類應(yīng)力的測試原理和方法？

原理和方法見書

3、織構(gòu)有哪幾類表達方法？選擇其中一種簡述織構(gòu)測試的原理和方法？

織構(gòu)有三種表示方法：極圖、反極圖和三維取向分布函數(shù)。1 ．極圖 多晶體中某{hkl}晶面族的倒易矢量（或晶面法線）在空間分布的極射赤面投影圖稱極圖。．反極圖 反極圖表示某一選定的宏觀坐標(biāo)（如絲軸、板料的軋面法向n.d或軋向r.d等）相對于微觀晶軸的取向分布，因而反極圖是以單晶體的標(biāo)準(zhǔn)投影圖為基礎(chǔ)坐標(biāo)的。

3．三維取向分布函數(shù)（odf）在這種方法中，多晶體中晶粒相對于宏觀坐標(biāo)的取向用一組歐拉角表示。

2．試述X射線衍射單物相定性基本原理及其分析步驟？

答：X射線物相分析的基本原理是每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨特的晶體結(jié)構(gòu)，即特定點陣類型、晶胞大小、原子的數(shù)目和原子在晶胞中的排列等。因此，從布拉格公式和強度公式知道，當(dāng)X射線通過晶體時，每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨特的衍射花樣，衍射花樣的特征可以用各個反射晶面的晶面間距值d和反射線的強度I來表征。其中晶面網(wǎng)間距值d與晶胞的形狀和大小有關(guān)，相對強度I則與質(zhì)點的種類及其在晶胞中的位置有關(guān)。通過與物相衍射分析標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較鑒定物相。

單相物質(zhì)定性分析的基本步驟是：

（1）計算或查找出衍射圖譜上每根峰的d值與I值；

（2）利用I值最大的三根強線的對應(yīng)d值查找索引，找出基本符合的物相名稱及卡片號；（3）將實測的d、I值與卡片上的數(shù)據(jù)一一對照，若基本符合，就可定為該物相。

第二篇：X射線衍射技術(shù)

實驗十二 X射線衍射技術(shù)

材料、能源和信息被公認為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的三大支柱，而各種新材料的開發(fā)與研制則是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵．

X射線衍射技術(shù)是研究材料科學(xué)的重要手段之一，原是物理學(xué)的一個分支，近80年來在理論、設(shè)備、方法及應(yīng)用上都有迅速的發(fā)展，而且已滲透到物理、化學(xué)、生命科學(xué)、地球科學(xué)、材料科學(xué)及工程技術(shù)等各個領(lǐng)域．最近十余年來，由于新的X射線源和輻射探測設(shè)備的相繼出現(xiàn)，相關(guān)理論、實驗方法的發(fā)展，以及高速度、大容量計算機的應(yīng)用，使得這門古老的學(xué)科又獲得了新的生命，其相應(yīng)的X射線衍射技術(shù)的實用性和重要性也愈加被人們所認識．

一、實驗?zāi)康?/p>

1、掌握X射線衍射的基本原理以及利用X射線衍射進行物相分析的基本方法。

2、掌握JF-2型X射線衍射儀的基本使用方法。

二、實驗原理

1、X射線的性質(zhì)

1895年11月8日德國維爾茨堡大學(xué)倫琴教授在做陰極射線實驗時，發(fā)現(xiàn)了一種新的射線—X射線．為此，1901年倫琴榮獲首屆諾貝爾物理獎．

倫琴發(fā)現(xiàn)X射線后，1912年德國慕尼黑大學(xué)物理學(xué)家勞厄等利用晶體作為產(chǎn)生X射線衍射的光柵，使入射的X射線經(jīng)過晶體后發(fā)生衍射，證實了X射線與無線電波、可見光和?射線等其他各種高能射線無本質(zhì)上的區(qū)別，也是一種電磁波，只是波長很短而已．X射線的波長在10-2～102 ?，衍射工作中使用的X射線波長通常在l?左右，圖1 為常用的X射線管結(jié)構(gòu)示意圖．在陰極(燈絲)和陽極(靶)兩極間加高壓，使陰極發(fā)射的電子加速射向陽極，則在轟擊處產(chǎn)生X射線，轟擊的面積稱為焦點，而經(jīng)X射線管出射的X射線束與靶面成一定的角度(為30～60)．

由X射線管發(fā)生的X射線可以分為兩種：一種是具有連續(xù)波長的X射線，構(gòu)成連續(xù)X射線譜。連續(xù)X射線譜是擊中了陽極靶的大量高能電

圖1 X射線管結(jié)構(gòu)示意圖 子迅速減速時產(chǎn)生的。另一種是居于特定波長的X射線譜，它們疊加在連續(xù)X射線譜上，稱為標(biāo)識（或特征）X射線，標(biāo)識X射線譜是當(dāng)管壓提高到一特定電壓值以后，高能電子在轟擊陽極靶的過程中，部分具有充分動能的電子激發(fā)陽極靶金屬原子內(nèi)殼層電子躍遷所產(chǎn)生．常依波長增加的次序把標(biāo)識譜分成K，L，M，?若干線系，分別對應(yīng)于躍遷到K，L，M，?殼層時輻射的X射線．

2、X射線在晶體中的衍射

由于X射線是波長為100～0．0l ?的一種電磁輻射，常用的射線波長為2．5～o．5 ?，與晶體中的原子間距(1 ?)數(shù)量級相同，因此可以用晶體作為X射線的天然衍射光柵，這就使得用X射線衍射進行晶體結(jié)構(gòu)分析成為可能．

當(dāng)X射線沿某方向入射某一晶體時，晶體中每個原子的核外電子產(chǎn)生的相干波彼此發(fā)生干涉，當(dāng)兩個相鄰波源在某一方向的光程差(△)等于波長?的整數(shù)倍時，它們的波峰與波峰將互相疊加而得到最大限度的加強，這種波的加強叫做衍射，相應(yīng)的方向叫做衍射方向，在衍射方向前進的波叫做衍射波．產(chǎn)生衍射的幾何條件可用布拉格定律來描述．

圖2所示的是晶體內(nèi)部某—晶面族，晶面間距為d(hkl)。入射X射線受到原子A散射的同時，另一條平行的入射X射線受到原子B散射．如果兩條散射線在某處為同相位，則它們的光程差△應(yīng)為入射波長的整數(shù)倍．即

光程差 ??2dhklsin??N? 此時，則會產(chǎn)生干涉極大值，這就是布拉格定律．式中：λ是X射線的波長；

圖2 布拉格定律示意圖

d是結(jié)晶面間隔；θ是衍射角(入射線與

晶面間夾角)，稱為布拉格角；N為整數(shù)，稱為干涉級次．由此可見，當(dāng)X射線入射到晶體上時，凡是滿足布拉格方程的晶面族，均會發(fā)生干涉性反射，反射X射線束的方向在入射X射線和反射晶面法線的同一平面上，且反射角等于入射角．

3、X射線衍射在金屬學(xué)中的應(yīng)用

X射線衍射現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)后，很快被用于研究金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了許多具有重大意義的結(jié)果。如韋斯特格倫（A.Westgren）(1922年)證明α、β和δ鐵都是體心立方結(jié)構(gòu)，β-Fe并不是一種新相;而鐵中的α—→γ相轉(zhuǎn)變實質(zhì)上是由體心立方晶體轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄w，從而最終否定了β-Fe硬化理論。隨后，在用X射線測定眾多金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)的同時，在相圖測定以及在固態(tài)相變和范性形變研究等領(lǐng)域中均取得了豐碩的成果。如對超點陣結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，推動了對合金中有序無序轉(zhuǎn)變的研究； 對馬氏體相變晶體學(xué)的測定，確定了馬氏體和奧氏體的取向關(guān)系；對鋁銅合金脫溶的研究等等。目前 X射線衍射(包括X射線散射)已經(jīng)成為研究晶體物質(zhì)和某些非晶態(tài)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的有效方法。

在金屬中的主要應(yīng)用有以下方面：

（1）物相分析

物相分析是X射線衍射在金屬中用得最多的方面，晶體的X射線衍射圖像實質(zhì)上是晶體微觀結(jié)構(gòu)的一種精細復(fù)雜的變換，每種晶體的結(jié)構(gòu)與其X射線衍射圖之間都有著一一對應(yīng)的關(guān)系，其特征X射線衍射圖譜不會因為它種物質(zhì)混聚在一起而產(chǎn)生變化，這就是X射線衍射物相分析方法的依據(jù)。

物相分析又分為定性分析和定量分析。定性分析是制備各種標(biāo)準(zhǔn)單相物質(zhì)的衍射花樣并使之規(guī)范化，將待分析物質(zhì)的衍射花樣與之對照，從而確定物質(zhì)的組成相，就成為物相定性分析的基本方法。定量分析則是鑒定出各個相后，根據(jù)各相花樣的強度正比于該組分存在的量，確定待測材料中各相的比例含量。

（2）點陣常數(shù)的精確測定

點陣常數(shù)是晶體物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，測定點陣常數(shù)在研究固態(tài)相變、確定固溶體類型、測定固溶體溶解度曲線、測定熱膨脹系數(shù)等方面都得到了應(yīng)用。點陣常數(shù)的測定是通過X射線衍射線的位置（θ）的測定而獲得的，通過測定衍射花樣中每一條衍射線的位置均可得出一個點陣常數(shù)值。

（3）應(yīng)力的測定

X射線測定應(yīng)力以衍射花樣特征的變化作為應(yīng)變的量度。宏觀應(yīng)力均勻分布在物體中較大范圍內(nèi)，產(chǎn)生的均勻應(yīng)變表現(xiàn)為該范圍內(nèi)方向相同的各晶粒中同名晶面間距變化相同，導(dǎo)致衍射線向某方向位移，這就是X射線測量宏觀應(yīng)力的基礎(chǔ)；微觀應(yīng)力在各晶粒間甚至一個晶粒內(nèi)各部分間彼此不同，產(chǎn)生的不均勻應(yīng)變表現(xiàn)為某些區(qū)域晶面間距增加、某些區(qū)域晶面間距減少，結(jié)果使衍射線向不同方向位移，使其衍射線漫散寬化，這是X射線測量微觀應(yīng)力的基礎(chǔ)。超微觀應(yīng)力在應(yīng)變區(qū)內(nèi)使原子偏離平衡位置，導(dǎo)致衍射線強度減弱，故可以通過X射線強度的變化測定超微觀應(yīng)力。

三、實驗儀器

1、產(chǎn)品型號名稱；

該產(chǎn)品型號為JF―2型，名稱為X射線晶體分析儀，如圖3所示。JF―2型X射線晶體分析儀是由X射線發(fā)生器，高壓變壓器、管套、高壓電纜、X射線管、控制匣組裝、底板組裝、光閘、防護罩、臺體、水泵等組成。

圖3 JF-2型 X射線衍射儀 圖4是JF-2型X射線衍射儀的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 JF-2型X射線衍射儀的結(jié)構(gòu)示意圖

拍照系統(tǒng)由相機和通用相機架兩部分組成。該相機由相盒、光闌、樣品軸、夾片機構(gòu)放大鏡、熒光屏等部件組成。入射光闌采用分段裝配結(jié)構(gòu)，光闌孔由重元素合金銀制成，對防止熒光輻射增加底影黑度，光闌和相盒采用錐孔連接，安裝方便，重復(fù)安裝精度高，適合暗室操作。調(diào)整樣品由機殼外部調(diào)整螺旋完成，照相底片采用偏裝法裝入相盒，通過拉緊銷把底片漲緊。

2、用途、特點及適用范圍

該儀器能夠提供穩(wěn)定的X射線光源，用來研究物質(zhì)內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)。

其特點是利用可控硅和集成電路自動控制系統(tǒng)進行調(diào)壓調(diào)流，從而獲得一個較強而穩(wěn)定的X射線光源。該儀器X射線發(fā)生器功率大、整機穩(wěn)定性高、操作簡單、可靠性高、保護完善，可與各種X射線照相機一起構(gòu)成X射線晶體分析儀，或作其它X射線光源。

該儀器適用于冶金、機械、電子、化工、地質(zhì)、建材、環(huán)保、能源等科研部門、工礦、企業(yè)和大專院校。

四、實驗內(nèi)容和步驟

1、準(zhǔn)備

（1）在可見光下，用相盒外部的調(diào)整螺旋把樣品調(diào)正(即樣品軸線和相機軸線重合)；

4（2）在暗室里安裝照相底片，裝片時注意不要碰歪樣品，然后將裝好底片的相機安裝在通用相機架的導(dǎo)軌上，選好儀器試驗條件進行照相；

（3）關(guān)閉儀器防護罩；

（4）調(diào)控千伏和毫安旋鈕到最小位置，即起始位置(10KV，2mA)；

2、操作步驟

（1）按“低壓開”鍵，此時低壓燈亮，準(zhǔn)備燈亮，蜂鳴器鳴響；

（2）送水，開水泵電源、排水流暢，蜂鳴器停鳴；

（3）按“高壓開”鍵，此時，高壓指示燈亮，大約延時30秒，表開始有10KV,2mA指示；

（4）調(diào)整KV和mA旋鈕到要求值，注意調(diào)整時兩旋鈕數(shù)值交替、逐漸增大，直到實驗要求的數(shù)值；KV和mA的乘積不要超過X射線管的功率，建議使用35KV和20mA。（最大在射線管功率的80％）。

（5）用瑩光板對好機械光路，打開光閘，進行工作，相機拍照時間為：大相機60分鐘，小相機40分鐘；

（6）工作完成后，關(guān)閉光閘，緩慢降低千伏和毫安到起始位置10KV，2mA（7）按“高壓關(guān)”鍵，此時高壓關(guān)斷，停止X射線發(fā)生；（8）按“低壓關(guān)”鍵，此時電源關(guān)斷；

（9）等10分鐘后，使X光管進一步冷卻，然后關(guān)斷水泵電源。

（10）取下相機，到暗示中打開相機蓋，輕輕取出拍攝底片，切記將相機保護好，不要被顯影液、定影液腐蝕；

（11）沖洗拍攝底片，顯影、定影時間為3～8分鐘，隨季節(jié)溫度變化調(diào)整時間。

五、注意事項

1、注意X射線管的電壓為幾十千伏，要特別注意高壓安全．

2、安裝和取出拍攝底片時，一定按要求輕拿輕放，不要碰歪樣品；調(diào)整樣品位置時，一定要有耐心，調(diào)整螺旋不要用力過大，以免損壞儀器。

3、X射線對人體有極大傷害，操作時一定要按規(guī)程操作；

4、儀器防護罩是實驗安全的保證，而且是易碎材料，所以開啟和關(guān)閉防護罩時，一定要小心謹慎。

六、思考題

1、X射線衍射儀的基本原理是什么？X射線衍射技術(shù)有哪些應(yīng)用？

2、X射線衍射儀開啟和關(guān)閉時，調(diào)整KV和mA旋鈕為什么要交替、逐漸增大和交替、逐漸減??？

3、定性物相分析的基本方法是什么?

第三篇：X射線衍射分析

X射線衍射分析 實驗?zāi)康?/p>

1、了解X衍射的基本原理以及粉末X衍射測試的基本目的；

2、掌握晶體和非晶體、單晶和多晶的區(qū)別；

3、了解使用相關(guān)軟件處理XRD測試結(jié)果的基本方法。實驗原理

1、晶體化學(xué)基本概念

晶體的基本特點與概念：①質(zhì)點（結(jié)構(gòu)單元）沿三維空間周期性排列（晶體定義），并有對稱性。②空間點陣：實際晶體中的幾何點，其所處幾何環(huán)境和物質(zhì)環(huán)境均同，這些“點集”稱空間點陣。③晶體結(jié)構(gòu)=空間點陣+結(jié)構(gòu)單元。非晶部分主要為無定形態(tài)區(qū)域，其內(nèi)部原子不形成排列整齊有規(guī)律的晶格。

對于大多數(shù)晶體化合物來說，其晶體在冷卻結(jié)晶過程中受環(huán)境應(yīng)力或晶核數(shù)目、成核方式等條件的影響，晶格易發(fā)生畸變。分子鏈段的排列與纏繞受結(jié)晶條件的影響易發(fā)生改變。晶體的形成過程可分為以下幾步：初級成核、分子鏈段的 圖1 14種Bravais點陣

表面延伸、鏈松弛、鏈的重吸收結(jié)晶、表面成核、分子間成核、晶體生長、晶體生長完善。Bravais提出了點陣空間這一概念，將其解釋為點陣中選取能反映空間點陣周期性與對稱性的單胞，并要求單胞相等棱與角數(shù)最多。滿足上述條件棱間直角最多，同時體積最小。1848年Bravais證明只有14種點陣。晶體內(nèi)分子的排列方式使晶體具有不同的晶型。通常在結(jié)晶完成后的晶體中，不止含有一種晶型的晶體，因此為多晶化合物。反之，若嚴格控制結(jié)晶條件可得單一晶型的晶體，則為單晶。

2、X衍射的測試基本目的與原理

X射線是電磁波,入射晶體時基于晶體結(jié)構(gòu)的周期性，晶體中各個電子的散射波可相互干涉。散射波周相一致相互加強的方向稱衍射方向。衍射方向取決于晶體的周期或晶胞的大小,衍射強度是由晶胞中各個原子及其位置決定的。由倒易點陣概念導(dǎo)入X射線衍射理論, 倒易點落在Ewald 球上是產(chǎn)生衍射必要條件。1912年勞埃等人根據(jù)理論預(yù)見，并用實驗證實了X射線與晶體相遇時能發(fā)生衍射現(xiàn)象，證明了X射線具有電磁波的性質(zhì)，成為X射線衍射學(xué)的第一個里程碑。當(dāng)一束單色X射線入射到晶體時，由于晶體是由原子規(guī)則排列成的晶胞組成，這些規(guī)則排列的原子間距離與入射X射線波長有相同數(shù)量級，故由不同原子散射的X射線相互干涉，在某些特殊方向上產(chǎn)生強X射線衍射，衍射線在空間分布的方位和強度，與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。這就是X射線衍射的基本原理。衍射線空間方位與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系可用布拉格方程表示：

2dsin??n? 式中d為晶面間距；n為反射級數(shù)；θ為掠射角；λ為X射線的波長。布拉格方程是X射線衍射分析的根本依據(jù)。

X 射線衍射(XRD)是所有物質(zhì)，包括從流體、粉末到完整晶體，重要的無損分析工具。對材料學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)、環(huán)境、納米材料、生物等領(lǐng)域來說，X射線衍射儀都是物質(zhì)結(jié)構(gòu)表征，以性能為導(dǎo)向研制與開發(fā)新材料，宏觀表象轉(zhuǎn)移至微觀認識,建立新理論和質(zhì)量控制不可缺少的方法。其主要分析對象包括：物相分析(物相鑒定與定量相分析)。晶體學(xué)（晶粒大小、指標(biāo)化、點參測定、解結(jié)構(gòu)等）。薄膜分析(薄膜的厚度、密度、表面與界面粗糙度與層序分析，高分辨衍射測定單晶外延膜結(jié)構(gòu)特征)?？棙?gòu)分析、殘余應(yīng)力分析。不同溫度與氣氛條件與壓力下的結(jié)構(gòu)變化的原位動態(tài)分析研究。微量樣品和微區(qū)試樣分析。實驗室及過程自動化、組合化學(xué)。納米材料等領(lǐng)域。儀器與試劑

儀器型號及生產(chǎn)廠家：丹東浩元儀器有限公司DX-2700型衍射儀。測試條件：管電壓40KV；管電流40mA；X光管為銅靶，波長1.5417?；步長0.05°，掃描速度0.4s；掃描范圍為20°～80°。試劑：未知樣品A。4 實驗步驟

1、打開電腦主機電源。

2、開外圍電源：先上撥墻上的兩個開關(guān)，再開穩(wěn)壓電源（上撥右邊的開關(guān)，標(biāo)有穩(wěn)壓）。

3、打開XRD衍射儀電源開關(guān)（按下綠色按鈕）。

4、開冷卻水：先上撥左邊電源開關(guān)，再按下RUN按鈕，確認流量在20左右方可。

5、開高壓（順時針旋轉(zhuǎn)45°，停留5s，高壓燈亮）。

6、打開XRD控制軟件XRD Commander。

7、防光管老化操作：按照20KV、5mA；25KV、5mA；30KV、5mA；35KV、5mA；40KV、5mA；40KV、40mA程式分次設(shè)置電壓、電流，每次間隔3分鐘。設(shè)置方法：電壓、電流跳到所需值后點set。

8、設(shè)置測試條件：設(shè)置掃描角度為3°~80°，步長0.05°，掃描速度0.4s。

9、點擊Start開始測試。

10、降高壓：將電壓、電流分別降至20KV，5mA后，點擊Set確認。

11、關(guān)高壓：逆時針旋轉(zhuǎn)45°，高壓燈滅。

12、等待5min，再關(guān)閉冷卻水，先關(guān)RUN，再關(guān)左邊電源。

13、關(guān)閉控制軟件（XRD Commander）。

14、關(guān)XRD衍射儀電源開關(guān)（按下紅色按鈕）。

15、關(guān)電腦。

16、關(guān)外圍電源。實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果

本實驗測定了一種粉末樣品的XRD圖譜并對測定結(jié)果進行物相檢索，判斷待測樣品主要成分、晶型及晶胞參數(shù)。粉末樣品的XRD圖譜：

圖2 未編號粉末樣品X-Ray衍射圖譜 實驗結(jié)果分析與討論

數(shù)據(jù)處理：對圖譜進行物相檢索

結(jié)論：經(jīng)過對樣品譜圖進行物相檢索，發(fā)現(xiàn)該粉末樣品中含有兩種晶相，主相為Sr2CaMoO6,另外一種雜相為SrMoO4.7 思考題

1、簡述X射線衍射分析的特點和應(yīng)用。

答：X射線衍射儀具有易升級，操作簡便和高度智能化的特點，靈活地適應(yīng)地礦、生化、理化等多方面、各行業(yè)的測試分析與研究任務(wù)。X 射線衍射(XRD)是所有物質(zhì)，包括從流體、粉末到完整晶體，重要的無損分析工具。對材料學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)、環(huán)境、納米材料、生物等領(lǐng)域來說，X射線衍射儀都是物質(zhì)結(jié)構(gòu)表征，以性能為導(dǎo)向研制與開發(fā)新材料，宏觀表象轉(zhuǎn)移至微觀認識,建立新理論和質(zhì)量控制不可缺少的方法。其主要分析對象包括：物相分析(物相鑒定與定量相分析)。晶體學(xué)（晶粒大小、指標(biāo)化、點參測定、解結(jié)構(gòu)等）。薄膜分析(薄膜的厚度、密度、表面與界面粗糙度與層序分析，高分辨衍射測定單晶外延膜結(jié)構(gòu)特征)?？棙?gòu)分析、殘余應(yīng)力分析。不同溫度與氣氛條件與壓力下的結(jié)構(gòu)變化的原位動態(tài)分析研究。微量樣品和微區(qū)試樣分析。實驗室及過程自動化、組合化學(xué)。納米材料等領(lǐng)域。

2、簡述X射線衍射儀的工作原理。

答：用高能電子束轟擊金屬“靶”材產(chǎn)生X射線，X射線的波長和晶體內(nèi)部原子面間的距離相近，當(dāng)一束 X射線通過晶體時將發(fā)生衍射，衍射波疊加的結(jié)果使射線的強度在某些方向上加強，在其他方向上減弱。當(dāng)X射線以掠角θ(入射角的余角)入射到某一點陣晶格間距為d的晶面上時,在符合布拉格方程的條件下，將在反射方向上得到因疊加而加強的衍射線。當(dāng) X射線波長λ已知時(選用固定波長的特征X射線)，采用細粉末或細粒多晶體的線狀樣品,可從一堆任意取向的晶體中，從每一θ角符合布拉格方程條件的反射面得到反射,測出θ后，利用布拉格方程即可確定點陣晶面間距、晶胞大小和類型。

第四篇：X射線衍射分析思考題

X射線衍射分析思考題

1.X射線學(xué)有幾個分支?每個分支的研究對象是什么? 2.什么叫“相干散射”、“非相干散射”? 3.產(chǎn)生X射線需要什么條件? 4.連續(xù)X射線譜是怎樣產(chǎn)生的?其短波限由什么決定? 5.特征X射線譜是怎樣產(chǎn)生的?為什么特征譜對應(yīng)的波長不變? 6.試推導(dǎo)布拉格方程

7.什么是結(jié)構(gòu)因子(結(jié)構(gòu)振幅)? 結(jié)構(gòu)因子表征了什么? 8.寫出面心立方點陣中能產(chǎn)生衍射的前5個晶面(干涉面).9.物相定性分析的原理是什么? 10.若待測物質(zhì)中有兩種物相,定性分析時有哪些步驟? 透射電鏡與高分辨顯微方法思考題

1.電子波長由什么決定?常用透射電鏡的電子波長在什么范圍內(nèi)? 2.透射電鏡主要由哪幾部分組成?各部分的主要功能? 3.比較光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡的異同點。4.影響透射電子顯微鏡分辨率的因素? 5.球差、像散和色差是怎樣造成的？如何減小這些像差？哪些是可消除的像差？

6.有幾種主要的透射電鏡樣品制備方法？各自的應(yīng)用范圍？雙噴減薄和離子減薄各適用于制備什么樣品？

7.發(fā)生電子衍射產(chǎn)生的充要條件是什么? 8.說明體心立方和面心立方晶體結(jié)構(gòu)的消光規(guī)律，分別寫出兩種結(jié)構(gòu)前10個衍射晶面。

9.何為質(zhì)厚襯度？說明質(zhì)厚襯度的成像原理。10.試推導(dǎo)電子衍射的基本公式.11.如何利用已知參數(shù)的多晶樣品標(biāo)定透射電鏡有效相機常數(shù)？

12.說明已知相機常數(shù)及晶體結(jié)構(gòu)時單晶衍射花樣標(biāo)定的基本步驟.13.何為明場像？何為暗場像？畫出明場成像和中心暗場成像光路圖。14.何為相位襯度？相位襯度條件下可獲得什么圖像？

15.有幾種常見的高分辨電子顯微像？說明形成不同高分辨像所需的衍射條件

1.電子束與固體樣品相互作用時能產(chǎn)生哪些信號？它們有什么特點？各自的產(chǎn)生機理是什么? 2.入射電子束強度與各激發(fā)信號強度之間有什么關(guān)系?為什么吸收電子像襯度與二次電子像和背散射電子像襯度相反? 3.掃描電鏡的分辨率與什么因素有關(guān)?為什么不同信號成像的分辨率不同? 4.與透射電鏡相比,掃描電鏡有什么特點?其主要用途是什么? 5.掃描電鏡的主要性能指標(biāo)有哪些?各代表什么含義? 6.說明掃描電鏡中二次電子像的形貌襯度是怎樣形成的？顆粒尺寸大小對襯度有何影響？ 7.分別說明波譜儀和能譜儀的工作原理,它們各有什么優(yōu)缺點？ 8.電子探針儀主要有幾種分析方法?各用于進行什么檢測? 9.俄歇電子有什么特點?俄歇電子能譜儀的主要用途? 10.掃描隧道顯微鏡有幾種工作模式？請分別加以說明

第五篇：實驗 ： X射線衍射分析

X射線衍射分析

一:實驗?zāi)康?/p>

(1)概括了解X射線衍射儀的結(jié)構(gòu)及使用。

(2)練習(xí)用PDF(ASTN)卡片以及索引，對多相物質(zhì)進行相分析。二：X射線衍射儀簡介

近年來，自動化衍射儀的使用已日趨普遍。傳統(tǒng)的衍射儀由X射線發(fā)生器、測角儀、記錄儀等幾部分組成。自動化衍射儀是近年才面世的新產(chǎn)品，它采用微計算機進行程序的自動控制。入射x射線經(jīng)狹縫照射到多晶試樣上，衍射線的單色化可借助于濾波片或單色器。如圖1所示，D／max—rc所附帶的石墨彎晶單色器的反射效率在28.5％以上。衍射線被探測器(目前使用正比計數(shù)器)所接受，電脈沖經(jīng)放大后進入脈沖高度分析器。操作者在必要時可利用該設(shè)備自動畫出脈沖高度分布曲線，以便正確選擇基線電壓與上限電壓。信號脈沖可送至數(shù)率儀，并在記錄儀上畫出衍射圖。脈沖亦可送人計數(shù)器(以往稱為定標(biāo)器)，經(jīng)微處理機進行尋峰、計算峰積分強度或?qū)挾?、扣除背底等處理，并在屏幕上顯示或通過打印機將所需的圖形或數(shù)字輸出。D／max—rc衍射儀目前已具有采集衍射資料、處理圖形數(shù)據(jù)、查找管理文件以及自動進行物相定性分析等功能。

圖1 D／max—rc工作原理方框圖

物相定性分析是X射線衍射分析中最常用的一項測試。D／max—rc衍射儀可自動完成這一過程。首先，儀器按所給定的條件進行衍射數(shù)據(jù)的自動采集，接著進行尋峰處理并自動啟動檢索程序。此后系統(tǒng)將進行自動檢索匹配，并將檢索結(jié)果打印輸出。

衍射儀法的優(yōu)點較多：如速度快、強度相對精確、信息量大、精度高、分析簡便、試樣制備簡便等。衍射儀對衍射線強度的測量是利用電子計數(shù)管（electronic counter）直接測定的。

這里關(guān)鍵要解決的技術(shù)問題是：1.X射線接收裝置--計數(shù)管；2.衍射強度必須適當(dāng)加大，為此可以使用板狀試樣；3.相同的（hkl）鏡面也是全方向散射的，所以要聚焦；4.計數(shù)管的移動要滿足布拉格條件。這些問題的解決關(guān)鍵是由幾個機構(gòu)來實現(xiàn)的：1.X射線測角儀——解決聚焦和測量角度的問題；2.輻射探測儀——解決記錄和分析衍射線能量問題。

X射線衍射儀的光學(xué)原理圖如下：

測角儀是衍射儀的核心部件。(1)樣品臺S：位于測角儀中心，可以繞O軸旋轉(zhuǎn)，O軸與臺面垂直，平板狀試樣C放置于樣品臺上，要與O軸重合，誤差小于0.1mm；(2)X射線源：X射線源是由X射線管的靶上的線狀焦點F發(fā)出的，F(xiàn)也垂直于紙面，位于以O(shè)為中心的圓周上，與O軸平行；(3)光路布置：發(fā)散的X射線由F發(fā)出，投射到試樣上，衍射線中可以收斂的部分在光闌處形成焦點，然后進入技術(shù)管。(4)測角儀臺面：狹縫、光闌和計數(shù)管固定在測角儀臺面上，臺面可以繞O軸轉(zhuǎn)動，角位置可以從刻度盤上讀出。(5)測量動作：樣品臺和測角儀臺可以分別繞O軸轉(zhuǎn)動，也可以機械連動，機械連動時樣品臺轉(zhuǎn)過θ角時計數(shù)管轉(zhuǎn)動2θ角，這樣設(shè)計的目的是使X射線在板狀試樣表面的入射角經(jīng)常等于反射角，常稱這一動作為θ-2θ連動。

X光管產(chǎn)生的特征X射線經(jīng)準(zhǔn)直狹縫以θ角入射到樣品表面，其衍射光線由放在與入射x射線成2θ角的探測器測量（強度I）。θ-2θ角可由測角儀連續(xù)改變（掃描），測出相應(yīng)I-θ曲線，從而獲得物質(zhì)結(jié)構(gòu)信息。三：操作規(guī)程

由指導(dǎo)老師講解

四：實驗結(jié)果

五：實驗內(nèi)容及報告要求

(1)由指導(dǎo)教師在現(xiàn)場介紹X射線衍射儀的構(gòu)造，進行操作表演，并描畫一兩個衍射峰。

(2)以2~3人為一組，按事先描繪好的多相物質(zhì)的衍射圖進行物相定性分析。(3)記錄所分析的衍射圖的測試條件，將實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果以表格形式列出。

六：思考題

(1)利用X射線進行物相分析是，對試樣有什么要求？(2)簡要說明X射線衍射一的主要功能。