X射线衍射基本实验技术.ppt

4.1 粉末照相法 用单色X射线照射多晶试样， 用照相胶片记录衍射花样，曾是应 用最广并富有成果的衍射技术。 如A、B点，其衍射线方向即 OA、OB。如此， 圆周上的所有点 与O的连线均为衍射线方向。 　★　衍射花样记录 如胶片圆筒半径为R，弧线对间距为2 l， 则 如2R=57.3mm，θ以度为单位，2 l 以mm度量， 则 针孔法: 平板胶片垂直入射线放置，A为透射针孔法，B为背 射针孔法，记录的花样是以O′为圆心的同心圆。 A透射 → 低θ角衍射 B背射 → 高θ角衍射 4.2 衍射仪法 衍射仪是精密的机电一体化X射线衍射实验装置，用各种辐射 探测器替代照相胶片，探测和记录X射线衍射花样。 组成：X射线发生装置、测角仪、辐射探测器、自动控制和记 录单元等。 记录的是衍射图 ▲ 测角仪 一种衍射测 量装置，是衍 射仪的核心部 件。 用来实现衍 射、测量和记 录各衍射线的 布拉格角、强 度、线形等。 结构和工作原理 F： X射线管的焦点，多数为固 定不动。 D： 辐射探测器。 S1、S2 ：索拉狭缝，限制X射线 垂直方向的发散。 RS：接收狭缝， SS： 防散射狭缝，屏挡其他散 射线。 DS：发散狭缝，限制X射线水 平方向的发散。 C： 运载器 O： 衍射仪轴心，与平板试样 表面贴合。 SS、 S2 、RS和D 同位于运载器 （ C ）上，与试样同方向转动，转速比为2∶1 其二，焦点F、试样O（测角仪 轴心）、探测器D三点需成一聚 焦圆，且试样表面应在O点与此 圆相切。 当D转过2θ角，探测布拉格 角为θ的衍射线时，试样必须转 过θ角。这种 2∶1 的关系保证了 整个衍射花样的聚焦。　 记数效率约为 90%-100%，分辨 时间约为10-1μs ， 在105S-1 记数范围 内不需作记数损失 修正。 ☆ Si（Li）半导体固体探测器 X射线进入锂漂移硅晶体中，激发半导体产生电子-空穴对，数 目与X射线光子能量成正比。 电子移向n区，空穴移向 p区，聚焦在两端的电荷由前置放大器 积分成脉冲电压信号并经场效应晶体管放大。 工作条件要 求苛刻，需置于 1.33×10-4Pa真 空室内，在液氮 温度下使用和保 存。　 4.3 多晶衍射花样的度量和指数化 在许多研究中需要考虑衍射强度，通常对一个试样而言只计算 相对累积强度，可用下式 指数化 是定出各衍射线的HKL ，对多数实验是必要的。 方法 →　尝试法 立方系： 令 将所有衍射的掠射角正弦平方连比，则 六方系： 常用图解法 △mn只由干 涉指数和轴比 c／a决定，与a 值本身无关。 令a为任一值 如为100nm， lgdHKL 为横坐标， c/a为纵坐标。 作出各HKL的 lgdHKL - c/a曲 线，汇集成图。 叫赫耳-戴维图 * * ★　衍射花样的形成 多晶体晶粒取向为任 意的，因而各晶粒的同一 （HKL）面所对应的倒易 点必然分布在以倒易原点 为心，半径为 1/dHKL的倒 易球面上。 按前述作反射球，则 必与不同半径的倒易球面 相交。交线为圆，此圆上 任意一点，必满足布拉格 方程。 不同的HKL面，半顶角2θ不等，但共顶点共轴线。 从试样中射出的衍射线分布为以试样为顶点，入射束为轴，2θ为半顶角的圆锥。 Debye法 ：长条胶片，以试样柱轴线为轴，围成圆柱状。记 录的是衍射线与胶片相交成的弧线对。 如令 RA 、RB 各为透射和背射花样圆的半径 ，DA 、DB为相应胶片至试样的距离，则有： 透射 背射 Ni-P合金（非晶态结构）的X射线衍射图 为使测量的衍射线明锐，测量和记录每一衍射线时必须满足聚焦条件。 其一，X射线焦点 F 与探测器 D 需聚焦在测角仪圆周上。 ▲ 辐射探测器 广为使用的有正比计数器、闪烁计数器、硅渗锂Si（Li）探测器三种。 ☆　正比计数器（PC） 利用X射线对气体的电离效应和气体放大原理。 两极间加900 -14