《材料研究方法》第9讲多晶X射线衍射方法.pptx

1(一)德拜照相(二）粉晶X射线衍射仪(XRD)(三）CCD便携式粉晶X射线衍射仪(四)粉晶X射线衍射仪组成：4粉末衍射方法第一章XRD

2(一)德拜照相亦称德拜－雪莱法，(Debre一Scherrermethod)样品：是多晶体（粉末晶体，200目），装在一个直径为0.3-0.6mm,长度15mm的柱子中。（样品柱中样品的晶体有无穷多个颗粒，且晶体的取向是随机的）光源：单色X射线。垂直粉末柱照射在样品上。结果：用底片记录。底片环绕粉末柱安装。

3入射X射线So2θ111穿透样品的射线衍射产生的原理：粉末柱中样品的颗粒无数多，并且去向是随机的每个颗粒都含有面网间距不同的一系列面网。对于任意一组面网，如(111)面网。当入射X射线照射到样品上时，必然有部分颗粒的取向正好使得(111)面网处在符合布拉格方程式的方位，即λ=2d111sinθ111

4入射X射线So2θ1112θ111d)同时还有部分颗粒的取向正好相反，也在相反的方向产生了衍射。

5入射X射线So4θ111e)还是由于颗粒众多和取向随机，最终导致111面网的衍射分布在一个圆锥面上。圆锥顶角4?111。

6f)对于其他面网也是一样的，也形成顶角为4?的衍射圆锥。

7h)环形围绕样品(粉末柱)安装底片，即得到最终的衍射照片。对于其他面网也是一样的，也形成顶角为4?的衍射圆锥。

811‘4θ2θ若已知一个圆周胶片的长度，则可每对弧线之间的距离计算出所对应的4θ或2θ角度对称式安装胶片

9不对称式安装胶片只要测得入射点和透射点之间的位置(圆孔中心距离)，即可计算2θ角度。

10摄谱装置（粉末照相机）如下图所示，相机直径57.3mm或者114.6mm。（相当于周长180mm和360mm)

11典型的德拜照片：金刚石（上）、石墨（下）

12徳拜照相的优缺点：优点：仪器装置简单，仪器价格大约几万元即可。缺点：速度慢，测试一个样品需要半天左右时间，还得冲洗胶片(显影、定影、胶片烘干)，测量胶片，d值的测量精度取决于眼睛对谱峰的读取精度，一般0.1mm，对应于d值只能精确到小数后1位或者2位；强度的测量完全靠目测，一般最强峰10、最弱峰1。

13（二）粉晶X射线衍射仪

14把徳拜照相中安装胶片的位置，变成一个可以沿半圆周旋转逐点测量X射线信号的探测器——测角仪。

15相当于沿徳拜照片的中心划一条线，沿该线逐点测量信号强度。

16石英的徳拜图和衍射仪测量衍射图

17粉晶X射线衍射仪光路图样品水平安装，样品面朝上

18D8-Focus型粉晶X射线衍射仪

19D8-Focus型粉晶X射线衍射仪实测衍射图谱横坐标：2θ角度(一般角度精度——扫描步长)：0.01°2θ纵坐标：无量纲单位Intensity/CPS(Countpersecond)orIntensity/KCPS

20纵坐标：无量纲单位Intensity/a.u.(ArbitraryUnit)

21纵坐标：无量纲单位RelativeIntensity

22粉晶衍射仪的优缺点：优点：非破坏性测量，但样品须为多晶粉末状，粒度小于200目；角度测量精度高，一般角度可以精确到0.01°，面网间距精确到小数后4位；相对强度测量准确，一般按最强峰1000来计算；测量速度快，测量一个样品约10分钟。缺点：仪器价格昂贵，一般都在100万以上。粉末衍射仪为材料科学领域的常规测量方法。

23（三）CCD便携式粉晶X射线衍射仪利用CCD记录衍射信号，简便快速地进行物相分析。

24CCD面状探测器

25单晶硅的衍射圆环及解析出的粉晶衍射图谱

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27有时候，衍射环分布不均匀，极端现象是分布为衍射斑点，什么原因造成？答案：均匀的衍射环——完全任意取向的粉末衍射而得；不均匀的衍射环——晶体存在摘优取向所致，或因为样品颗粒太粗，或因为样品存在片状、柱状等解理…衍射斑点——样品为单晶体，此为单晶衍射效果。

28便携式粉晶衍射仪的优缺点：优点：仪器体积很小，方便携带，美国的火星探测器、中国的嫦娥3号都有携带。(目的是为了现场检查物相、传回衍射数据)缺点：角度测量范围有限，一般2θ5-45°；角度测量精度低，一般为0.2度。

29（四）粉晶X射线衍射仪组成：A）X射线发生器（X光管）B）测角仪(角度探测器)和强度测量系统C）自动控制与衍射数据分析系统

30X射线发生器：是高稳定度的。它由X射线管、高压发生器、管压管流稳定电路和各种保护电路等部分组成。

31强度测量系统：常用于X射线检测的检测器有：盖革检测器（GC）、正比检测器（PC）和闪烁检测器（S