第二章 X射线衍射分析方法及应用

X射线衍射分析方法X射线衍射分析是一种常用的材料结构分析方法，通过探测和分析样品对入射的X射线的散射方向和强度，来确定样品中原子的排列方式和晶体结构。

X射线衍射分析方法基于X射线作为电磁波的性质，具有较高的分辨率和广泛的应用领域。

nλ = 2d sinθ其中，n为衍射的阶数，λ为X射线的波长，d为晶格的晶面间距，θ为入射射线与晶面的夹角。

X射线衍射的实验装置通常由一个X射线源、一个单色器（用于选择特定波长的X射线）、一个样品台和一个衍射探测器组成。

实验过程中，样品被放置在样品台上，入射射线照射到样品上后产生散射射线，散射射线被探测器接收，并转化成电信号进行记录和分析。

1. 粉末X射线衍射（Powder X-Ray Diffraction，PXRD）：粉末X射线衍射是最常用的X射线衍射分析方法，适用于晶体和非晶态样品。

通过测量样品中X射线的衍射图样，可以确定晶体的结构、晶胞参数和晶格的对称性。

粉末X射线衍射还可以用于定量分析样品中各种组分的含量。

2. 单晶X射线衍射（Single Crystal X-Ray Diffraction，SCXRD）：单晶X射线衍射是研究晶体结构最直接、最准确的方法。

通过测量特定晶面上的衍射强度和散射角度，可以获得晶体的精确结构和原子的位置信息。

这种方法对于研究有机小分子、无机晶体和金属晶体的结构非常有价值。

3. 催化剂的X射线衍射（Catalytic X-Ray Diffraction）：催化剂的X射线衍射用于研究催化剂的晶体结构和相组成，从而了解催化剂在反应中的性能和活性。

这种分析方法对于设计和优化催化剂非常重要。

4.衍射峰位置和衍射峰宽度分析：X射线衍射分析中，可以通过测量衍射峰在散射角度上的位置和宽度来研究样品的晶体结构和缺陷情况。

衍射峰的位置与晶胞参数相关，而衍射峰的宽度与晶体的结构缺陷和晶体的有序程度有关。

总结起来，X射线衍射分析方法是一种非常重要的材料结构分析方法，通过测量样品对入射X射线的衍射方向和强度，可以确定样品中原子的排列方式和晶体结构。

X射线衍射原理及应用X射线衍射是一种利用X射线与晶体相互作用产生的衍射现象研究物质结构的方法。

它是在19世纪末和20世纪初逐渐发展起来的。

在这个过程中，麦克斯·冯·劳厄和威廉·康拉德·伦琴分别做出了重要贡献。

X射线衍射的原理是基于能量很高、波长很短的X射线通过物质时，与物质中的原子或晶体晶格相互作用，形成一些衍射现象。

这些衍射现象可以由晶体的结构参数推导出来，从而获得物质结构的信息。

1.X射线的产生：通过射线管向靶发射高速电子，产生了能量很高的X射线。

2. X射线的散射：经过Fermi–Dirac分布后，X射线通过物质时，与物质中的电子和原子核相互作用。

3.X射线的衍射：在特定的角度下，经过物质散射后的X射线互相干涉，形成衍射图样。

4.衍射图样的测量：通过衍射图样的测量，可以获得物质结构的信息，如晶格常数、晶胞参数、晶体结构等。

1.确定晶体结构：X射线衍射可以确定晶体结构的各种参数，如晶胞参数、晶格常数、原子位置等，从而帮助人们了解晶体的组成和结构。

2.分析材料成分：X射线衍射可以通过衍射图样的特征峰值，来分析物质的成分和组成。

3.研究晶体缺陷：X射线衍射可以研究晶体中的缺陷，如晶体的位错和断裂等。

通过衍射图样的变化，可以推断出晶体的缺陷类型和密度。

4.相变和晶体生长研究：X射线衍射可以研究物质的相变过程和晶体的生长机制。

通过衍射图样的变化，可以观察到相变的相应信号，并得到相变的温度和压力等参数。

5.X射线衍射也可以应用于地球科学领域，如矿石的开采、火山活动的研究等。

总之，X射线衍射是一种非常重要的物质结构研究方法，通过测量衍射图样，可以了解物质的组成和结构。

在材料科学、结晶学、地球科学等领域都有广泛的应用前景，对于人类的科学研究和工业生产都具有重要的意义。

简述X射线衍射法的基本原理和主要应用1. 基本原理X射线衍射法是一种研究晶体结构的重要方法，它利用X射线的特性进行衍射分析。

其基本原理包括以下几个方面：•布儒斯特定律：X射线在晶体中发生衍射时，入射角、出射角和入射光波长之间满足布儒斯特定律，即$n\\lambda = 2d\\sin\\theta$，其中n为整数，$\\lambda$为X射线的波长，d为晶面间的间距，$\\theta$为入射角或出射角。

•薛定谔方程：晶体中的原子排列形成周期性结构，电子在晶格中运动的波动性质可以用薛定谔方程描述。

X射线被晶体衍射时，其波长与晶体中电子的波动性相互作用，形成了衍射波。

•动态散射理论：根据动态散射理论，晶体中的原子或离子吸收入射的X射线能量，并以球面波的形式发出，与其他原子或离子产生相互干涉，从而形成衍射图样。

2. 主要应用X射线衍射法广泛应用于材料科学、化学、地质学等领域，具有以下主要应用：•晶体结构分析：X射线衍射法可以确定晶体的晶格常数、晶胞角度和晶体中原子的位置，通过分析衍射图样的强度和位置，获得晶体结构的信息。

•材料表征：X射线衍射法可用于分析材料的相变、晶体有序度、晶格缺陷和晶体生长方向等特征。

例如，在合金研究中，可以通过X射线衍射技术鉴定合金中出现的新相和晶格畸变。

•晶体品质评估：通过分析衍射峰的尺寸和宽度，可以评估晶体的品质，包括晶格结构的完整性、晶体中的位错和晶格缺陷等。

•结晶体制备与成分分析：利用X射线衍射法可以研究物质的结晶过程，了解晶体生长的动力学和晶体取向的控制方法。

此外，还可以使用X射线衍射方法对材料中的成分进行分析。

•衍射仪器的研发与改进：X射线衍射法的应用也推动了衍射仪器的研发与改进，包括X射线源、X射线衍射仪和探测器等，提高了测量精度和分辨率。

3. 总结X射线衍射法作为一种非破坏性的分析技术，通过衍射图样的分析，可以获得晶体结构和材料特性的信息。

其基本原理包括布儒斯特定律、薛定谔方程和动态散射理论。

X射线衍射分析X射线衍射分析是一种广泛应用于材料科学和固态物理领域的实验技术。

通过照射物质样品，利用X射线在晶体中的衍射现象，可以获得有关物质结构和晶体学信息的重要数据。

本文将介绍X射线衍射分析的原理、应用和发展。

一、X射线衍射分析原理X射线衍射分析的基本原理是X射线的衍射现象。

当X射线照射到晶体上时，晶体中的原子会对X射线产生散射，形成一种有规律的衍射图样。

这个衍射图样会显示出晶体的结构信息，包括晶体的晶格常数、晶胞形状和晶体的定向等。

X射线衍射实验一般使用Laue方法或布拉格方法。

Laue方法是在一束平行的X射线照射下，观察其经过晶体后的衍射图样，通过分析该图样可以得到晶体的结构信息。

布拉格方法则是通过将一束X射线通过晶体，利用布拉格方程进行衍射角度的计算，从而确定晶体的晶格常数和定向。

二、X射线衍射分析应用X射线衍射分析被广泛应用于材料科学和固态物理领域。

它可以用来研究晶体的结构和晶体学性质，例如晶格参数、晶胞参数和晶体定向。

此外，X射线衍射还可以用于材料的质量控制和表征、相变研究、晶体缺陷分析等。

在材料科学领域，X射线衍射分析常用于矿物学、金属学和半导体学的研究。

例如，在矿物学中，通过X射线衍射分析可以确定矿石中的不同晶型矿物的比例和结构信息。

在半导体学中，X射线衍射分析可以帮助研究晶体管的晶格结构和界面形态。

三、X射线衍射分析的发展X射线衍射分析作为一种实验技术，随着科学研究的深入不断发展。

在仪器设备方面，X射线源的进步使得可以获得更高分辨率的衍射图样；探测器的改进使得观测和数据分析更加准确和高效。

同时，随着计算机技术的发展，数据处理和分析的速度大大提高，使得研究人员可以更直观、更准确地分析X射线衍射图样。

此外，X射线衍射分析的理论研究也在不断深入，衍射峰的定性和定量分析方法得到了大量改进，使得X射线衍射分析在材料科学研究中的应用更加广泛。

总结：X射线衍射分析是一种重要的实验技术，在材料科学和固态物理领域具有广泛的应用价值。

X射线衍射分析原理及其应用X射线及XRD1.1 X射线是由高能电子的减速运动或原子内层轨道电子的跃迁产生的短波电磁辐射。

X射线的波长在10-6~10nm，在X射线光谱法中常用波长在0.01~2.5nm范围内。

1.2 X射线的产生途径有四种1）高能电子束轰击金属靶即在一个X射线管中，固体阴极被加热产生大量电子，这些电子在高达100KV的电压下被加速，向金属阳极轰击，在碰撞过程中，电子束的一部分能量转化为X射线；2）将物质用初级X射线照射以产生二级射线—X射线荧光；3）利用放射性同位素衰败过程产生的发射，人工放射性同位素为为某些分析应用提供了非常方便的单能量辐射源；4）从同步加速器辐射源获得。

1.3 X射线的吸收当一束X射线穿过有一定厚度的物质时，其光强和能量会因吸收和散射而显著减小。

物质的原子序数越大，它对X射线的阻挡能力越大，X射线波长越长，即能量越低，越容易被吸收[1] 。

1.4 XRDX射线衍射分析(XRD)是利用晶体形成的X射线衍射，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。

将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时，X射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。

X射线衍射法是目前测定晶体结构的重要手段，应用极其广泛。

在实际的应用中将该分析方法分3为多晶粉末法和单晶衍射法。

多晶粉末法常用来测定立方晶系的晶体结构点阵形式、晶胞参数及简单结构的原子坐标，还可以对固体式样进行物相分析等。

衍射X射线满足布拉格（W.L.Bragg）方程：2dsinθ=nλ式中：λ是X射线的长；θ是衍射角；d是结晶面间隔；n是整数。

X射线束入射到样品表面后产生衍射，检测器收集衍射X射线信息。

当入射波长λ、样品与X射线束夹角θ及样品晶面间距d满足布拉格公式时，检测器可以检测到最强的信息。

因此采集入射和衍射X射线的角度信息及强度分布，可以获得晶面点阵类型、点阵常数、晶体取向、缺陷和应力等一系列有关材料结构信息[2]，确定点阵参数的主要方法是多晶X射线衍射法[3]。

论述x射线衍射的原理及应用
X射线衍射是一种利用X射线与晶体相互作用而产生的衍射现象来研究晶体结构的方法。

其原理可以归纳为以下几点：
1. X射线的波长与晶格常数的数量级相近，因此X射线与晶体的原子相互作用较强。

当X射线入射到晶体上时，会被晶体中的原子散射，并且由于晶体的周期性排列，散射光的干涉效应会形成衍射图样。

2. 晶体中的各个晶面对X射线的散射光具有相干性，且满足布拉格衍射条件。

根据布拉格方程，当入射角、散射角和晶面间距之间满足一定关系时，会出现衍射峰，即特定方向的散射光强度增强。

3. 通过测量衍射峰的位置和强度，可以推断出晶体中的原子排列方式、晶胞尺寸和晶格常数等结构信息。

X射线衍射在材料科学、物理学和化学等领域有广泛应用：
1. 确定晶体结构：X射线衍射是确定晶体结构的重要方法，可以用于研究晶体的晶胞参数、晶格对称性和原子排列方式等信息。

2. 相变研究：X射线衍射可以用于研究材料的相变行为，例如晶体的相变温度、相变机制和相变过程等。

3. 晶体缺陷分析：通过分析衍射峰的形状和位置变化，可以研究晶体中的缺陷、畸变和应力等信息。

4. 晶体取向分析：通过测量衍射图样的方向和强度，可以确定晶体的取向信息，用于材料的定向生长和晶体学研究等。

5. 薄膜和多层结构研究：X射线衍射可以用于研究薄膜和多层结构的晶体学性质，包括晶格常数、晶面取向和晶体品质等。

总之，X射线衍射是一种重要的研究晶体结构和材料性质的方法，具有广泛的应用价值。

可编辑修改精选全文完整版第二章X射线多晶衍射方法及应用（红色的为选做，有下划线的为重点名词或术语或概念）1．名词、术语、概念：选靶，滤波，衍射花样的指数化，连续扫描法，步进扫描法，X射线物相分析，X射线物相定性分析，X射线物相定量分析。

2．X射线衍射方法分为多晶体衍射方法和单晶体衍射方法；多晶体衍射方法主要有（）和（）；单晶体衍射方法主要有（）、（）和（）等。

3．根据底片圆孔位置和开口所在位置不同，德拜法底片的安装方法有3种，即（）、（）和（）。

4．德拜法测定点阵常数，系统误差主要来源于（）、（）、（）、（）等，校正的方法主要是采用（）安装底片。

5．入射X射线的波长λ越长则可能产生的衍射线条越多。

这种说法（）。

A．正确；B．不正确6．靶不同，同一干涉指数（HKL）晶面的衍射线出现的位置（2θ）不同。

这种说法（）。

A．正确；B．不正确7．德拜法的样品是平板状的，而衍射仪法的样品是圆柱形的。

这种说法（）。

A．正确；B．不正确8．德拜照相法衍射花样上，掠射角（θ）越大，则分辨率（φ）越高，故背反射衍射线条比前反射线条分辨率高。

这种说法（）。

A．正确；B．不正确9．在物相定量分析方面，德拜法的结果比衍射仪法准确。

这种说法（）。

A．正确；B．不正确10．多晶衍射仪法测得的衍射图上衍射峰的位置十分精确，没有误差。

这种说法（）。

A．正确；B．不正确11．如果采用Mo靶（λKα=0.07093nm），那么晶面间距小于0.035nm的晶面也可能产生衍射线。

这种说法（）。

A．正确；B．不正确12．在X射线物相定性分析过程中，主要是以d值为依据，而相对强度仅作为参考依据。

这种说法（）。

A．正确；B．不正确13．X射线衍射法测定晶体的点阵常数是通过衍射线的位置（2θ）的测定而获得的，点阵常数测定时应尽量选用低角度衍射线。

这种说法（）。

A．正确；B．不正确14．入射X射线的波长（λ）越长则可能产生的衍射线条（）。

A．越少；B．越多15．靶不同，同一指数（HKL）干涉面的衍射线出现的位置2θ（）。