陶琨 X射线衍射仪及其应用简介.pdf

Χ射线衍射仪及其应用 简介 说明 此简介中使用了一些书籍、论文、商 业广告及厂家的说明和介绍用PPT文件的 内容。在此统一说明并致谢。 此简介不得用于商业用途。 清华大学 材料科学与工程研究院 陶 琨 X射线衍射仪是对物质和材料的组成和原子级结构进行研究和鉴定的基本手段。 其最常用的目的如下： 1：确定物质和材料中的各种化合物的各种原子是怎么排列的。 研究材料和物质的一些特殊性质与其原子排列的关系。 2 ：确定物质和材料含有哪些化合物（物相）。 3 ：确定各种化合物（物相）的百分比。 4 ：测定纳米材料的晶粒大小。 5：材料中的应力、织构、取向度、结晶度等等。 6：薄膜的表面和界面的粗超度、薄膜的厚度。 由于绝大多数自然科学和技术科学都离不开物质和材料，因此，其应用领域极其 广泛。 由于物质和材料的性能和功能都取决于其组成和结构，特别是高新技术科学中材 料的原子尺度级别的结构极其重要，可以说起着决定性的作用，因此X射线衍射仪 在自然科学和技术科学中都是非常重要的、绝对不能缺少的仪器。 X射线被发现以来，对现代科学和技术起了极大的推动作用，历史上，从发现X射 线、发现X射线衍射、到应用X射线衍射解决物理、化学、生命、医学等方面的问题 ，有10余次诺贝尔奖。 例如，蛋白质结构的测定、药物结构的测定、矿物的确定、都主要依靠X射线衍 射。又如超导材料为什么会有超导性必须用它从其原子排列进行研究；生物分子、高 分子材料、各种人造晶体和药物的的结构必须用它来分析、制作集成电路的单晶硅片 的质量要用它来检查。纳米材料也必须用它来研究。 在技术和工业上，它也是必须和大量使用的。钢铁、水泥、陶瓷、医药、地质（ 石油）、化工等等研究和生产单位全都离不开它。因为这些材料的性能都取决于它们 的物相（化合物）组成。我国过去只有少量国有大企业才配备有X射线衍射仪。水泥 、医药、陶瓷等企业还配备甚少。 在大学和研究单位中，下述这些系（或学科）都必须大量或经常使用衍射仪：材 料（无论是钢铁、陶瓷、建材、半导体、高分子等或其他材料）、物理、化学、生物 、化工、地质、核能、微电子、机械、环境、医药等。尤其是在材料、物理、化学化 工、生物几个学科中，X射线衍射仪和电子显微镜是使用量最大的两种大型分析仪器 。 晶体和X射线 概念 晶体点阵 晶体：原子在三维空间中长程有 。。。序排列 晶胞：重复排列的最小单元称晶胞 晶胞参数：三个轴长a , b , c 。。。 。。A 三个轴的夹角α, β, γ 按排列规律可分为7种晶系，14种 。。点阵，230种空间群 大部分种类的物质是晶体 。 7种晶系，14种点阵，晶胞参数(边长a,b,c 夹角α,β,γ) 晶体：原子的三维空间长程有序排列。重复排列 的最小单元称晶胞。按排列规律可分为7种晶系， 14种点阵，230种空间群。 简单单斜 底心单斜 a ≠b ≠c α= γ= 90°≠ β 简单立方 体心立方 面心立方 a = b = c α= β= γ= 90 ° 三斜 a ≠b ≠c α≠γ≠β≠90° 简单四方（正方） 体心四方（正方） a = b ≠c α= β= γ= 90 ° 六方 a = b ≠c， α= β= 90°， γ= 120° 简单正交 体心正交 底心正交 面心正交 三方(菱形) a