xRD原理简介 _原创精品文档.pdfVIP

X射线，又叫X光，英文简称X-ray，是一种电磁波。它的波长介于紫外线和伽玛射线之间，它的波

长分布在可见光之外，因此肉眼无法观察到。常用的X射线波长分布在0.5埃~2.5埃。正因为它是

一种电磁波，因此它与无线电波、红外线、可见光、伽玛射线等，没有本质区别，只是波长不同而已。

X射线既然是一种波，因此在特定条件下，会产生X射线干涉和衍射现象，也可以用频率、

波长来表征；

X射线还具有料子性，它能产生光电效应、荧光辐射和康普顿散射等现象。因此我们可以把

X射线看成是一个个的光子（光量子），每一个光子都具有特定的能量。光子数量可以由光电计

数器（一种传感器）捕获。

用于金属探伤的X-ray波长一般在0.05埃~1.0埃之间或更短，因为当X-ray波长愈短时，光

子能量就愈大，x-ray的穿透能力就愈强，可以检测更厚、更重的材料。因此有时，我们把波长

短的X射线为硬X射线，反之则称为软X射线。

XRD是什么意思？XRD是英文X-raydiffraction或者X-RayDiffractometer的缩写，即X射线衍

射，或X射线衍射仪。我们经常也把X射线衍射分析技术也直接称为XRD分析，或简称为XRD。

XRD分析手段有2种，分单晶X射线衍射法，多晶X射线衍射法。对应地，所用的XRD设备，也分

为单晶衍射仪和多晶衍射仪。

物相，简称为相，它是有某种晶体结构并能用化学式表征其化学成分（或有一定的成分范围）的固体

物质。化学成分不同的是不同的物相，化学成分相同而内部结构不同的，也是不同的物相。例如，同

样是铁，它能以晶体结构为体心立方结构的Fe、也能以面心立方结构的Fe、还能以体心立方结构的

高温Fe，这3种物相形式存在。

什么是物相分析？或者说什么是X射线衍射分析？其实这两者是一个问题。物相，是指具有某种晶

体结构并能用化学式表征其化学成分的固体物质，因此对每种物质或材料，常常需要弄清楚它含有什

么元素，每种元素的存在状态如何，这种回答这种元素的存在状态，即是物相分分析的问题，也称为

物相鉴定。

举例来说，一种铁氧材料，用化学分析方法，可以分析出试样中含有铁和氧元素，但是不能确切知道

是氧化铁Fe2O3，还是氧化亚铁FeO，或者是磁铁Fe3O4，或者它们的混合物，更无法确切地知道

它们各自的含量。这种问题，就必须得用X射线衍射分析方法。经过X射线衍射得到衍射图谱（也

叫衍射花样），可以明确地告诉我们到底是哪种或哪几种化合物，而且经过计算，可以得到它们的各

自百分比含量。

X射线衍射图，或者说，衍射图谱是如何产生的？当一束X射线照射到一个晶体时，会受到晶体中原

子的散射，而散射波就好像是从原子中心发出，每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的，这些散射球面波之间存在着固定的位相关系，它们之间又会产生干涉，

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，从而也就出现衍射现象。即

在偏离原入射线方向上，只有在特定方向上出现散射线加强而在存在衍射斑点，其余方向则无衍射斑

点。这就是衍射花样的生产机理。

因为晶体结构与X射线衍射图或衍射图谱之间存在着一定的内在联系，通过衍射图谱的分析，就能测

定晶体结构和研究与结构有关的一系列问题，这就是晶体的X射线衍射分析，或者说物相分析，也有

叫XRD分析。

什么是X射线粉末衍射？是不是就是X射线衍射呢？

没错，X射线粉末衍射就是X射线衍射，更严格一点，X射线粉末衍射是X射线多晶衍射的别名，是

个形像的称谓。晶体世界中，分析为单晶和多晶，很多多晶物质，肉眼看起来，就是固体粉末，因此

X射线多晶衍射，通常也称为X射线粉末衍射。

X射线的发现要追溯到1895年，它是19世纪末、20世纪初物理学的三大发现（X射线1895年、放射

线1896年、电子1897年）之一，这一发现，标志着现代物理学的诞生。

19世纪末，阴极射线是物理学研究的热门课题，许多物理实验室都开展了这方面的研究。1894年11

月8日，德国物理学家伦琴将阴极射线管放在一个黑纸袋中，关闭了实验室灯光，他发现当开启放电

线圈电源时，一块涂有氰亚铂酸钡的荧光屏发出荧光。有一本厚书，2厘米~3厘米的木板或几厘米厚

的硬橡胶插在放电管和荧光屏之间，仍能看到荧光。他又用盛有水、二硫化碳或其它液体进行实验，

实验结果表明它们也是“透明的”，铜、