（精）第二章4 X射线衍射方法_1.ppt

2.4 X射线衍射方法 王美娥 wmesmile@163.com 2.4.1 多晶体衍射方法 粉末照相法是将一束近平行的单色X射线投射到多晶样品上，用照相底片记录衍射线束强度和方向的一种实验法。 照相法的实验主要装置为粉末照相机 。 德拜照相机（称为德拜法或德拜-谢乐法 ） 1. 照相法 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 德拜相机 相机圆筒常常设计为内圆周长为180mm和360mm，对应的圆直径为φ57.3mm和φ114.6mm。 这样的设计目的是使底片在长度方向上每毫米对应圆心角2°和1°，为将底片上测量的弧形线对距离2L折算成2θ角提供方便。 底片安装方法 1正装法：底片中心开一圆孔，底片两端中心开半圆孔。底片安装时光栏穿过两个半圆孔和成的圆孔，承光管穿过中心圆孔 2反装法：底片开孔位置同上，但底片安装时光栏穿过中心孔 3偏装法：底片上开两个圆孔，间距仍然是πR。当底片围成圆时，接头位于射线束的垂线上。底片安装时光栏穿过一个圆孔，承光管穿过另一个圆孔。 德拜法的实验参数选择 选择阳极靶和滤波片是获得一张清晰衍射花样的前提。 根据吸收规律，所选择的阳极靶产生的X射线不会被试样强烈地吸收，即Z靶 ≤ Z样或Z靶 Z样。 滤波片的选择是为了获得单色光，避免多色光产生复杂的多余衍射线条。实验中通常仅用靶材产生的K?线条照射样品，因此必须滤掉K?等其它特征射线。滤波片的选择是根据阳极靶材确定的。 在确定了靶材后，选择滤波片的原则是：当Z靶 ≤40时，Z滤 = Z靶 -1；当Z靶 40时，Z滤 = Z靶 – 2 德拜法的实验参数选择 滤波片获得的单色光只是除K?外其它射线强度相对很低的近似单色光。 获得单色光的方法除了滤波片以外，还可以采用单色器。 单色器实际上是具有一定晶面间距的晶体，通过恰当的面间距选择和机构设计，可以使入射X射线中仅K?产生衍射，其它射线全部被散射或吸收掉。 以K?的衍射线作为入射束照射样品是真正的单色光。但是，单色器获得的单色光强度很低，实验中必须延长曝光时间或衍射线的接受时间。 德拜法的实验参数选择 实验中还需要选择的参数有X射线管的电压和电流。 通常管电压为阳极靶材临界电压的3-5倍，此时特征谱与连续谱的强度比可以达到最佳值。 管电流可以尽量选大，但电流不能超过额定功率下的最大值。 在管电压和电流选择好后，就得确定曝光时间参数。 德拜相机的指数标定 在获得一张衍射花样的照片后，我们必须确定照片上每一条衍射线条的晶面指数，这个工作就是德拜相的指标化。 进行德拜相的指数标定，首先得测量每一条衍射线的几何位置（2?角）及其相对强度，然后根据测量结果标定每一条衍射线的晶面指数。 衍射花样照片的测量与计算 衍射线条几何位置测量可以在专用的底片测量尺上进行，用带游标的量片尺可以测得线对之间的距离2L，且精度可达0.02-0.1mm。用比长仪测量，精度可以更高。 当采用φ114.6的德拜相机时，测量的衍射线弧对间距（2L）每毫米对应的2?角为1°； 若采用φ57.3的德拜相机时，测量的衍射线弧对间距（2L）每毫米对应的2?角为2°。 实际上由于底片伸缩、试样偏心、相机尺寸不准等因素的影响，真实相机尺寸应该加以修正。 德拜相衍射线弧对的强度通常是相对强度，当要求精度不高时，这个相对强度常常是估计值，按很强（VS）、强（S）、中（M）、弱（W）和很弱（VW）分成5个级别。精度要求较高时，则可以用黑度仪测量出每条衍射线弧对的黑度值，再求出其相对强度。精度要求更高时，强度的测量需要依靠X射线衍射仪来完成。 衍射花样 标定 完成上述测量后，我们可以获得衍射花样中每条线对对应的2?角，根据布拉格方程可以求出产生衍射的晶面面间距d。 如果样品晶体结构是已知的，则可以立即标定每个线对的晶面指数； 如果晶体结构是未知的，则需要参考试样的化学成分、加工工艺过程等进行尝试标定。 在七大晶系中，立方晶体的衍射花样指标化相对简单，其它晶系指标化都较复杂。本节仅介绍立方晶系指标化的方法 立方晶体衍射花样 标定 立方晶体的面间距公式为 将上式代入布拉格方程有： ?2/4a2对于同一物质的同一衍射花样中的各条衍射线是相同的，所以它是常数。由此可见，衍射花样中的各条线对的晶面指数平方和（H2+K2+L2）与sin2?是一一对应的。 令m = H2+K2+L2 ，则有： sin2?1:sin2?2:sin2?3:···sin2?n= m1:m2:m3:···mn 根据立方晶系的消光规律，不