多晶X射线衍射分析

多晶x射线衍射技术与应用pdf
多晶X射线衍射技术是一种用于研究晶体结构、形貌和性质的实验方法。

它通过测量晶体对X射线的衍射强度，从而得到晶体中原子或分子的排列信息。

这种技术在材料科学、化学、物理等领域具有广泛的应用。

多晶X射线衍射技术的基本原理是：当一束平行的X射线射入一个多晶样品时，由于晶体中原子或分子的排列具有一定的周期性，X 射线会在不同方向上发生衍射。

通过测量衍射角度和强度，可以得到晶体的结构参数，如晶胞尺寸、原子间距离等。

多晶X射线衍射技术的主要应用包括：
1.晶体结构分析：通过测量衍射角度和强度，可以得到晶体的结构参数，如晶胞尺寸、原子间距离等。

这对于了解材料的组成和性质具有重要意义。

2.材料表征：多晶X射线衍射技术可以用于研究材料的形貌、表面粗糙度、晶粒尺寸等性质。

这些信息对于评估材料的质量和性能至关重要。

3.相变研究：通过观察材料在不同温度、压力或气氛条件下的衍射图案变化，可以研究材料的相变过程和相图。

这对于开发新型材料和优化工艺条件具有重要意义。

4.纳米材料研究：多晶X射线衍射技术可以用于研究纳米材料的结构和性质。

这对于开发新型纳米材料和优化纳米加工技术具有重
要意义。

5.生物大分子研究：多晶X射线衍射技术可以用于研究生物大分子（如蛋白质、核酸等）的结构和功能。

这对于理解生物过程和疾病机制具有重要意义。

多晶X射线衍射实验报告姓名：学号：院系：物理学系多晶X射线衍射实验报告姓名：学号：院系：物理学系一、实验目的1、了解衍射仪的正确使用方法。

2、掌握立方系晶体晶格常数的求法。

二、实验设备X射线衍射仪，它主要包括X射线发生器、测角台、探测记录系统三部分。

现代衍射仪还配有功能各异的计算机操作系统及数据处理系统。

三、实验原理（一）粉末衍射花样（线条）产生的原理粉末法是用单色X射线（特征辐射）照射多晶粉末试样以获得衍射线的衍射方法。

根据记录衍射线的方法的不同，粉末法又可分为粉末照相法（用照相底片记录）和粉末衍射仪法（用计数器记录）。

①用厄瓦尔德作图法解释粉末衍射花样的形成。

在多晶样品中的所有小晶体，它们的倒易点阵都是一样的，只是由于这些小晶体的取向是无规的，各个小晶体的倒易点阵的取向也是无规的。

我们取某一个倒易点hkl来考察，它的倒易矢量长度1hklhklgd。

由于取向的无规性，整个样品所有小晶体的这个倒易点是均匀分布在以晶体为中心，以hklg为半径的球面上；并且，由于样品中小晶体数目大，倒易点在球面上的密度是很高的。

其它指数的倒易点则处在其它半径的球面上，但所有球面都是同心的。

也就是说，无规取向多晶体中倒易点是分布在一系列同心球面上的，球的半径分别等于相应的倒易矢长度，这就是多晶体的倒易点阵模型。

通过倒易球心（即倒易点阵原点）画出以入射线波长倒数为半径，以入射线上一点为中心的反射球，这反射球将与倒易点球面相交，交线是一系列垂直于入射线的圆。

右图中的ABDE是其中的一个相交圆。

显然，在圆上的倒易点都是满足布拉格条件的，都会发生衍射。

一个倒易点就产生一支衍射线束，方向是从反射球心C 指向交线圆上的倒易点，因而这些衍射线束构成以入射线束为轴的圆锥面，锥的张角为224θθ⨯=（当45θ>时，圆锥的张角为24πθ-）。

这个倒易点球上不在交线圆上的倒易点都不发生衍射。

其它指数的倒易点构成其它半径的倒易点球，这些球与反射球相交成另一些圆，衍射线束构成另一些张角的圆锥面。

多晶x射线衍射的应用原理是什么1. 引言多晶X射线衍射（Poly-crystalline X-ray diffraction）是一种重要的材料表征技术，广泛应用于材料科学、化学、地质学等领域。

本文将介绍多晶X射线衍射的应用原理及其在材料表征中的重要性。

2. 多晶X射线衍射的原理多晶X射线衍射原理基于X射线与多晶体结晶格之间的相互作用。

当X射线照射到多晶体上时，由于多晶体中存在不同晶向的晶粒，X射线将被晶粒中的晶面衍射。

每个晶面都可以被视为反射X射线的光栅，产生特定的衍射图案。

3. 多晶X射线衍射仪器多晶X射线衍射实验通常采用X射线衍射仪来进行。

X射线衍射仪主要由X射线源、样品台、衍射加倍器和探测器等组成。

X射线源发射出高能X射线束，经过样品后形成衍射图案。

衍射图案经过衍射加倍器放大后被探测器捕获，最终通过数据处理得到样品的晶体结构信息。

4. 多晶X射线衍射的应用多晶X射线衍射在材料表征中有着广泛的应用。

以下列举了一些常见的应用场景：•晶体结构分析：多晶X射线衍射可以通过分析衍射图案的位置和强度，得到材料的晶体结构信息，如晶格常数、晶胞参数等。

这对于理解材料的物理、化学性质具有重要意义。

•晶体缺陷研究：通过研究衍射图案中的缺陷点、峰形和峰宽等信息，可以获得材料中的晶格缺陷（如位错、晶体界面等）信息。

这有助于理解材料的力学性能和热学性质。

•相变研究：多晶X射线衍射可以用于研究材料在温度、压力等条件下的相变行为。

通过观察衍射图案的变化，可以确定相变温度、相变的机理等。

•晶体取向分析：多晶X射线衍射可以用于测定材料中晶粒的取向信息。

通过测量不同方向上的衍射强度，可以分析材料中晶粒的取向分布、晶粒生长方向等。

•相对定量分析：多晶X射线衍射还可以用于相对定量分析材料中各个晶相的含量。

通过测量不同晶相的衍射强度，可以计算各个晶相的相对含量。

5. 结论多晶X射线衍射是一种重要的材料表征技术，可以用于获取材料的晶体结构、晶格缺陷、相变行为等信息。

多晶材料X射线衍射-实验原理方法与应用课程设计一、前言X射线衍射是一种广泛应用于化学、物理、材料科学等领域的分析方法。

在材料科学中，X射线衍射被广泛用于表征多晶材料的结构与性质。

本课程设计旨在介绍多晶材料X射线衍射实验的原理、方法与应用。

二、实验原理X射线是一种高能量电磁辐射，在多晶材料中经过散射后形成衍射图案。

衍射图案的形状与多晶材料的晶格结构有关。

X射线衍射实验通过测量衍射图案的强度和角度，可以得到多晶材料的晶格常数、晶格类型、晶体方位关系等信息。

三、实验方法3.1 实验设备本实验所需设备如下：•X射线仪•样品架•X光学计数器•计算机3.2 样品制备在样品制备中，需要采取下列步骤：1.选取合适的多晶材料，如Cu、Fe等。

2.切割样品，并将其磨平，以保证样品表面的平整度。

3.在样品表面涂覆聚乙烯醇（PVA）等化学试剂，以保证样品表面的光滑度和保水性。

4.将样品放入样品架中，并将样品架固定在X射线仪上。

3.3 实验操作在实验操作中，需要采取下列步骤：1.开启X射线仪，并将样品架调整到适当的位置，使其与X射线束对准。

2.通过计算机控制X射线成像，得到样品的衍射图案。

3.将衍射图案进行处理，得到样品的晶格常数等信息。

4.通过对处理结果的分析，得到样品的晶体结构与性质等信息。

3.4 实验注意事项在进行实验时，需要注意以下事项：1.在样品制备过程中，要注意样品表面的平整度和光滑度。

2.在固定样品架时，要注意固定力度，以确保样品不会移动。

3.在进行X射线衍射时，要注意X光线的电功率和曝光时间，避免对样品造成伤害。

4.在处理衍射图案时，要注意算法和参数的选择，以确保处理结果的准确性。

四、实验应用多晶材料X射线衍射在材料科学中有广泛的应用，如：1.对多晶材料的晶格结构与性质进行表征；2.对材料的晶体成长、物理、化学等性质进行分析和预测；3.帮助化学研究人员优化合成反应条件，提高反应产率和产品质量；4.用于研究新材料的晶体结构和物理性质，如了解晶体缺陷和非晶结构等信息。

多晶材料的晶体结构分析多晶材料是由数个晶体组成的，在这些晶体中，每个晶体都具有着自己的晶体结构。

因此，要理解多晶材料的性质，需要对每个晶体的晶体结构进行分析。

多晶材料的晶体结构分析主要可以通过X射线衍射方法进行。

这种方法利用了X射线的特性，通过对X射线的衍射图形进行分析，可以得到晶体的晶格参数、原子位置和晶体对称性等重要信息。

在进行X射线衍射分析时，需要使用X射线衍射仪。

该仪器可以将X射线照射到样品上，并将衍射图形记录在检测器上。

通过对这些图形的分析，可以得到样品的晶体结构。

X射线衍射图形的形成是由于X射线与晶体中的晶胞结构相互作用所致。

当入射光线照射到晶胞上时，由于晶体中原子的周期性排列，会发生衍射现象，形成特定的衍射图形。

这些图形的形态与晶格参数、晶体对称性以及晶体中原子的位置密切相关。

通过对X射线衍射图形进行分析，可以确定晶体的晶格参数。

晶格参数包括晶胞的长度和角度，可以用来描述晶体中原子的排列方式。

同时，晶格参数还可以用来计算晶体的密度和体积。

此外，X射线衍射图形还可以用来确定晶体中原子的位置。

每个原子对应于衍射图形中的一个峰，根据这些峰的位置和强度可以确定原子的位置。

这样就可以建立起晶胞中原子的坐标系，进而确定晶体中各个原子之间的距离和键长。

晶体对称性也是X射线衍射图形中一个重要的特征。

晶体的对称性可以用不同的几何操作描述，例如旋转、反转和平移等。

通过对衍射图形进行分析，可以确定晶体中存在的所有对称性操作，从而建立晶体结构的空间群和点群。

总之，多晶材料的晶体结构分析是非常重要的，可以揭示出晶体中的各种结构参数和对称性信息。

这些信息可以为我们研究多晶材料的性质提供重要的参考。

同时，随着技术的不断发展，晶体结构分析方法也在不断改进，让我们更好地理解各种材料的性质和行为。

多晶材料x射线衍射实验原理方法与应用多晶材料x射线衍射是一种非常重要的材料结构表征方法，可以用来确定晶体结构、晶格常数、晶面间距、晶胞参数等信息。

本文将介绍多晶材料x射线衍射的实验原理、方法和应用。

实验原理
多晶材料x射线衍射法是利用x射线与晶体中的原子作用而产生衍射现象的一种方法。

当x射线入射晶体后，会与晶体中的原子发生作用，形成散射波，这些散射波在晶体中的原子排列方式的影响下，会发生干涉，最终形成衍射花样。

通过分析衍射花样，可以获得晶体的结构信息。

方法
多晶材料x射线衍射的实验步骤主要包括样品制备、x射线衍射仪调试、数据采集和数据处理等环节。

样品制备：样品需要磨成粉末或者切成薄片，以便x射线可以穿透并与其发生作用。

x射线衍射仪调试：确定适当的x射线波长、角度等参数，保证x射线能够穿透样品并产生足够的衍射强度。

数据采集：将x射线衍射仪测得的衍射花样数据记录下来，通常是以衍射强度随衍射角度的变化曲线的形式呈现。

数据处理：通过计算和分析衍射曲线，可以得到晶体的结构信息。

应用
多晶材料x射线衍射法在材料科学、地质学、化学等领域得到了
广泛应用。

其中，材料科学领域是其最主要的应用领域之一。

该方法可以用于研究材料的结构、相变、缺陷、应力等问题，对于新材料的设计、合成和改进具有重要意义。

此外，多晶材料x射线衍射法也可以用于分析矿物、岩石等地质样品的结构特征，为地质学研究提供了有力的工具。

实验一X射线多晶衍射一、实验目的1、了解X射线衍射仪的构造与操作原理2、了解X射线衍射仪分析的过程与步骤3、掌握使用X射线衍射仪进行物相分析的基本原理和实验方法4、掌握使用X射线衍射仪进行物相分析的衍射数据的处理方法二、实验原理1、传统的衍射仪由X射线发生器、测角仪、记录仪等几部分组成。

图1-1是目前常用的热电子密封式X射线管的示意图。

阴极由钨丝绕成螺线形，工作时通电至白热状态。

由于阴阳极间有几十千伏的电压，故热电子以高速撞击阳极靶面。

为防止灯丝氧化并保证电子流稳定，管内抽成1.33x10-9~1.33x10-11的高真空。

为使电子束集中，在灯丝外设有聚焦罩。

阳极靶由熔点高、导热性好的铜制成，靶面上被一层纯金属。

常用的金属材料有Cr，Fe, Co, Ni, Cu, M O, W等。

当高速电子撞击阳极靶面时，便有部分动能转化为X 射线，但其中约有99%将转变为热。

为了保护阳极靶面，管子工作时需强制冷却。

为了使用流水冷却．也为了操作者的安全，应使X射线管的阳极接地，而阴极则由高压电缆加上负高压。

x射线管有相当厚的金属管套，使X射线只能从窗口射出。

窗口由吸收系数较低的Be片制成。

结构分析用X射线管通常有四个对称的窗口，靶面上被电子袭击的范围称为焦点，它是发射X射线的源泉。

用螺线形灯丝时，焦点的形状为长方形（面积常为1m m×10mm），此称为实际焦点。

窗口位置的设计，使得射出的X射线与靶面成60角（图1-2），从长方形的短边上的窗口所看到的焦点为1mm2正方形，称点焦点，在长边方向看则得到线焦点。

一般的照相多采用点焦点，而线焦点则多用在衍射仪上。

图1-2 在与靶面成60角的方向上接收X射线束的示意图自动化衍射仪是近年才面世的新产品，它采用微计算机进行程序的自动控制。

图2-1为日本理光光学电机公司生产的D/max-B型自动化衍射仪工作原理方框图。

入射X射线经狭缝照射到多晶试样上，衍射线的单色化可借助于滤波片或单色器。

多晶X射线衍射分析
多晶X射线衍射分析的原理基于布拉格定律，即当X射线入射在晶体上时，由于衍射现象，会形成一系列衍射峰。

这些衍射峰可以通过布拉格方程来计算，即2dsinθ=nλ，其中d为晶胞间距，θ为入射角，n为衍射级数，λ为X射线波长。

通过测量衍射角θ和计算相应的2θ值，可以反推出晶胞间距和晶胞参数。

多晶X射线衍射实验通常使用X射线衍射仪进行。

X射线衍射仪主要由两部分组成：X射线源和X射线检测器。

X射线源通常使用钨或铜靶产生X射线，X射线检测器则用于记录X射线衍射图样。

常见的X射线检测器有电子学多道计数器和像素探测器。

X射线衍射图样可以通过旋转样品和探测器的方式进行实验测量。

多晶X射线衍射分析具有广泛的应用。

首先，它可以用于材料的相同定性分析。

不同的晶体结构会产生不同的X射线衍射图样，通过比对实验测得的衍射图样和数据库中的标准图样，可以鉴定材料的相同。

其次，多晶X射线衍射分析可以用于测量材料的晶胞参数和结晶度。

通过测量衍射图样的峰位置和强度，可以计算出晶胞参数和晶粒尺寸。

此外，多晶X射线衍射分析还可以用于材料的质量控制和表征。

例如，可以通过衍射峰的宽度和峰强度来评估材料的结晶度和晶粒尺寸分布。

综上所述，多晶X射线衍射分析是一种非常重要和常用的材料表征和结构分析方法。

它通过测量材料的X射线衍射图样，获得材料的晶体学信息，可以用于相同的鉴定、晶胞参数和结晶度的测量，以及质量控制和表征。

多晶X射线衍射分析在材料科学、地质学、化学、物理学等领域都有广泛的应用。

多晶X 射线衍射X 射线衍射是探索物质微观结构及结构缺陷等问题的强有力手段。

它不但被用来研究固体，还被用来研究液体，不但应用于晶态物质（单晶体和多晶体），还能应用于非晶态物质以及生物组织等的结构分析。

因此，X 射线学有着极其广泛的应用范围，不但早已成为物理学的一个分支，而且是现代物理分析方法中的一个重要环节。

限于本课程的性质和时间，我们仅就多晶X 射线衍射做简要的介绍，作为X 射线学的入门，等大家以后在研究中遇到具体的问题，再去学习有关的理论和实验技术。

一、X 射线的散射与干涉X 射线与物质的相互作用分为两个方面，一是被原子吸收，产生光电效应；二是被电子散射。

前者这里不讨论。

当光子和原子上束缚较紧的电子相互作用时，光子的行进方向受到影响而发生改变，但它的能量并不损失，故散射线的波长和原来的一样，这种散射波之间可以相互干涉，引起衍射效应，这是相干散射，是取得衍射数据的基础。

当光子和原子的外层电子（结合能很小）相互作用时，光子的一部分能量和动量传给了电子，因而光子的行进方向发生变化，且能量减少，散射线波长将比原来的长些，这种散射线之间是不相干的，不会产生干涉效应，它们构成衍射花样的背底，是有害的，但可用来测量物质内部电子的动量分布。

下面我们仅讨论相干散射：1、自由电子对X 射线的相干散射——散射强度和偏振因数。

在量子力学处理X 射线散射之前，汤姆逊（Thomson ）曾用经典方法研究过这个问题。

在相干散射上，所得结果和量子力学方法处理的结果是一致的，故加以介绍。

相干散射（Coherent ）又称为弹性（elastic ）散射、汤姆逊散射或经典散射（classical scattering ）。

X 射线是电磁波，当它照到自由电子上时，光束中的交变电场就迫使电子作频率相同的振动，于是，电子就成了新的“光源”，向四面八方发射X 射线，称电子发出的X 射线为散射线，而照射电子的X 射线为入射线，由于散射线与入射线之间频率相同，相位滞后恒定，因而散射线之间是能够相互干涉的，所以称这种散射为相干散射。