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材料现代分析方法 第二讲 第二章 X射线衍射分析 第一节X射线衍射物理基础 教学思考题 1. X射线的基本性质； 2. X射线的产生； 3. X射线连续谱和特征X射线； 4. X射线与物质的作用。 第二章 X射线衍射分析第二节 X射线衍射原理 2.2 X射线衍射原理 X射线投射到晶体中时，会受到晶体中原子的散射，而散射波就好象是从原子中心发出，每一个原子中心发出的散射波又好比一个源球面波。由于原子在晶体中是周期排列，这些散射球面波之间存在着固定的位相关系，它们之间会在空间产生干涉，结果导致在某些散射方向的球面波相互加强，而在某些方向上相互抵消，从而也就出现如图3-13所示的衍射现象，即在偏离原入射线方向上，只有在特定的方向上出现散射线加强而存在衍射斑点，其余方向则无衍射斑点。 布拉格方程 晶面指标为（hkl）的一组平行面网，面网间距为d。入射X射线S0（波长为λ）沿着与面网成θ角（掠射角）的方向射入。与S1方向上的散射线满足“光学镜面反射”条件（散射线、入射线与原子面法线共面）时，各原子的散射波将具有相同的位相，干涉结果产生加强，相邻两原子A和B的散射波光程差为零，相邻面网的“反射线”光程差为入射波长λ的整数倍： δ= DB + BF = nλ 2d sinθ = nλ 讨论 所有的被照射原子所产生的散射只有满足布拉格方程，才能产生反射（衍射），或称散射才能发生加强干涉，称为选择反射。 从布拉格方程的通用公式可知：入射X射线的波长满足 λ≦2d 入射X射线照射到晶体才有可能发生衍射，显然，X线的波长应与晶格常数接近，一般用于衍射分析的X射线的波长为0.25-5.0nm。 波长过短会导致衍射角过小，使衍射现象难以观察，也不宜使用。 第二章 X射线衍射分析 第三节 实验方法及样品制备 2.3 实验方法及样品制备 最基本的衍射实验方法有：粉末法、劳厄法、转晶法三种 德拜相机的结构示意图 常用粉末衍射仪主要由X射线发生系统、测角及探测控制系统、记数据处理系统三大部分组成 。核心部件是测角仪 聚焦法原理常规光路示意图 Bragg-Brentano的聚焦法：能同时得到强度、分辨率信息的最具代表性的光学系统 c. 粉末衍射仪常见相分析测试图谱（SiO2） 衍射仪所能进行的其他工作 b.步进扫描 优点 无滞后及平滑效应 衍射峰位正确，分辨率好，特别是在衍射线强度弱、背底高的情况下 减少因统计涨落对衍射强度的影响 图3-36为重心法确定峰位的过程 5. 样品制备 构成：（1）圆筒形暗盒，在其内壁安装照相底片；（2）装在暗盒中心的样品轴，用以安装样品，它附有调节样品到暗盒中心轴的螺丝及带动样品转动的电机；（3）装在暗盒壁上的平行光管，以便使入射X射线成为近平行光束投射到样品上；（4）暗盒的另一侧壁上装有承光管，以便让透射光束射出，并装有荧光屏，用以检查X射线是否投射到样品上。 底片安装方法 ： 正装法、反装法、不对称法 样品要求：a. 细度：10-3cm～10-5cm（过250目～300目筛）b. 制成直径为0.3mm～0.6mm，长度为1cm的细圆柱状粉末集合体 实验数据的测定： 德拜粉末照相法底片实验数据的测量主要是测定底片上衍射线条的相对位置和相对强度，然后根据测量数据再计算出θhkl和晶面间距dhkl。 2. 回转晶体法 采用单色X射线束照射转动着的单晶，由晶体产生的衍射线束在照相底片上形成分立的衍射斑点，构成转晶相机。 主要用来测量单晶样品的晶胞常数 转晶相机如图，相机上有一长的圆筒，圆筒轴中心有一能使晶体转动的轴，轴顶安装有小的测角样品架，可在X、Y、Z三个方向调节被测晶体方位，圆筒中部有入射光栏和出射光栏。衍射花样用紧贴圆筒壁的照相底片记录。 整个圆筒密闭，在测试时，应将被测晶体的某一晶轴调节到与圆筒轴中心一致，从而可获得有一定分布规律衍射斑点的相底片像，如图。 2.3.2 衍射仪法 衍射仪介绍 X射线衍射仪是采用衍射光子探测器和测角仪来记录衍射线位置及强度的分析仪器，已经逐步代替粉末照相法成为物相分析的通用测试仪器 1. 粉末衍射仪的主要构成及衍射几何光学布置 a. 粉末衍射仪的构造 送水装置 X线管 高压 发生器 X线发生器(XG) 测角仪 样品 计数管 控制驱动装置 显示器 数据输出 计数存储装置(ECP) 水冷 ＨＶ 高压电缆 角度扫描  测角仪由两个同轴转盘G，H构成，小转盘H中心装有样品支架，大转盘G支架（摇臂）上装有辐射探测器D及前端