現(xiàn)代材料測試技術(shù)(陶文宏)-第一章-x射線衍射分析·X

射線衍射分析概述·X

射線衍射實(shí)驗(yàn)技術(shù)·X

射線衍射圖譜解析·X

射線衍射分析在材料科學(xué)中的應(yīng)用·X

射線衍射分析新技術(shù)與發(fā)展趨勢contents目錄X

射線衍射分析概述X

射線衍射原理X

射線的產(chǎn)生X

射線是由高速運(yùn)動(dòng)的電子撞擊靶材時(shí)產(chǎn)生的，具有波長短、能量高的

特點(diǎn)。布拉格方程當(dāng)

X

射線照射到晶體時(shí)，會(huì)被晶體中的原子散射，形成特定的衍射圖案。布拉格方程是描述X

射線衍射條件的基本公式，即nλ=2dsinθ,其中n為整數(shù)，λ為X

射線的波長，

d

為晶面間距，θ為入射角。衍射峰的形成當(dāng)滿足布拉格方程時(shí)，

X

射線會(huì)在特定角度上發(fā)生衍射，形成衍射峰。衍射峰的位置、強(qiáng)度和形狀與晶體的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。物相分析通過比較樣品的衍射峰與已知物質(zhì)的衍射峰，可以確定樣品的物相組成。晶體結(jié)構(gòu)分析通過分析衍射峰的位置和強(qiáng)度，可以推斷出晶體的晶胞參數(shù)、原子間距等

信息，進(jìn)而解析出晶體的結(jié)構(gòu)。晶粒大小和微觀應(yīng)力分析通過分析衍射峰的寬化和位移，可以計(jì)算出晶粒的大小和微觀應(yīng)力狀態(tài)。X

射線衍射分析方法材料科學(xué)用于研究材料的晶體結(jié)構(gòu)、相變、晶格缺陷等，為新材料的開發(fā)和性能優(yōu)化提供重要依據(jù)。地質(zhì)學(xué)生物學(xué)用于解析生物大分子的結(jié)構(gòu)，如蛋白質(zhì)、DNA

等，為生物醫(yī)

學(xué)研究提供重要手段。其他領(lǐng)域如環(huán)境科學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等,X射線衍射分析在多個(gè)領(lǐng)域都

有廣泛的應(yīng)用。用于礦物鑒定、巖石成因研究等，有助于深入了解地球內(nèi)部

的結(jié)構(gòu)和演化過程。X

射線衍射分析應(yīng)用X射線衍射實(shí)驗(yàn)技術(shù)包括X射線發(fā)生器、準(zhǔn)直

器、測角儀、探測器等部

分

。一般采用高能量電子束轟

擊金屬靶材(如銅靶、鉬

靶等)產(chǎn)生的特征X射線。X

射線源及實(shí)驗(yàn)裝置如冷卻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、樣品臺(tái)等。實(shí)驗(yàn)裝置輔助設(shè)備X射線源0

20實(shí)驗(yàn)條件選擇合適的X

射線波長、掃

描范圍、掃描速度、步長等參數(shù)。注意事項(xiàng)避免樣品受潮、氧化或污

染，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確

性。樣品制備將待測材料加工成符合實(shí)

驗(yàn)要求的形狀和尺寸，如

粉末、薄膜、塊體等。樣品制備與實(shí)驗(yàn)條件結(jié)果分析根據(jù)衍射圖譜中的峰位、峰強(qiáng)等信

息，確定材料的晶體結(jié)構(gòu)、相組成、

晶格常數(shù)等參數(shù)。數(shù)據(jù)處理將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為衍射圖譜，進(jìn)行

背景扣除、平滑處理等操作。數(shù)據(jù)收集通過探測器記錄不同角度下的衍

射強(qiáng)度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集與處理X

射線衍射圖譜解析利用特征峰的位置、

強(qiáng)度和形狀等信息，

對(duì)待測物質(zhì)進(jìn)行物相鑒定。通過對(duì)比已知物質(zhì)的

X

射線衍射圖譜數(shù)據(jù)

庫，確定待測物質(zhì)的

物相組成。結(jié)合化學(xué)分析和其他

物理測試手段，對(duì)物

相分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證

和補(bǔ)充。物相定性分析通過比較不同條件下晶體結(jié)構(gòu)

的變化，研究材料的相變、固

溶體形成和晶體缺陷等問題。結(jié)合晶體化學(xué)原理和量子力學(xué)

計(jì)算，對(duì)晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分

析和討論。利

用X射線衍射數(shù)據(jù)，通過晶體結(jié)構(gòu)解析軟件，確定晶體的

晶胞參數(shù)、原子坐標(biāo)和鍵長等

結(jié)構(gòu)信息。晶體結(jié)構(gòu)分析微觀應(yīng)力與織構(gòu)分析利用X射線衍射技術(shù)測量材料中的微觀應(yīng)力分布，研究應(yīng)力對(duì)材料性能的影響。通過分析衍射峰的形狀和位移等信息，確定材料中的殘余應(yīng)力和應(yīng)變。結(jié)合材料力學(xué)和金屬學(xué)原理，對(duì)應(yīng)力狀態(tài)和變形機(jī)

制進(jìn)行解釋和預(yù)測。利用X射線衍射技術(shù)研究材料的織構(gòu)特征，包括晶粒大

小、取向分布和相組成等。通過織構(gòu)分析，揭示材料制備過程中的組織演變規(guī)

律和性能優(yōu)化途徑。X射線衍射分析在材料科

學(xué)中的應(yīng)用內(nèi)應(yīng)力通過分析X射線衍射數(shù)據(jù)，計(jì)算金屬材料中的內(nèi)應(yīng)力大小和分布。相分析通過X射線衍射圖譜確定金屬材料的相組成，包

括固溶體、化合物等。晶格常數(shù)測量金屬材料的晶格常數(shù)，了解晶體中原子的排列情況。晶體結(jié)構(gòu)分析金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)類型，如面心立方、體心立方等。金屬材料相變研究研究陶瓷材料在加熱或冷卻過程中的相變行為。晶體結(jié)構(gòu)確定陶瓷材料的晶體結(jié)構(gòu)，包括氧化物、硅酸鹽等。殘余應(yīng)力分析陶瓷材料中的殘余應(yīng)力，評(píng)估其性能和使用壽命。晶粒尺寸通過X射線衍射數(shù)據(jù)計(jì)算陶瓷材料中晶粒的平均尺寸。陶瓷材料高分子材料結(jié)晶度測量高分子材料的結(jié)晶度，了解其物理和化

學(xué)性能。取向研究研究高分子材料中分子的取向情況，了解其

力學(xué)性能和加工性能。晶體結(jié)構(gòu)分析高分子材料中晶體的結(jié)構(gòu)類型和晶格常數(shù)

。熱穩(wěn)定性通

過X

射線衍射分析高分子材料的熱穩(wěn)定性，

評(píng)估其在高溫下的性能。界面研究分析復(fù)合材料中不同組分之間的界面結(jié)構(gòu)和相互作用。相分析確定復(fù)合材料的相組成和各相的含量。殘余應(yīng)力分析復(fù)合材料中的殘余應(yīng)力，評(píng)估其

性能和使用壽命。取向研究研究復(fù)合材料中各組分的取向情況，了解其力學(xué)性能和加工性能。復(fù)合材料MR/MDS/RMX

射線衍射分析新技術(shù)與

發(fā)展趨勢高分辨X射線衍射技術(shù)在材料科學(xué)、凝聚態(tài)物理、化學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。該技術(shù)可用于研究晶體材料的微觀結(jié)構(gòu)、缺陷、相變等，以及非晶態(tài)物質(zhì)的短程有序結(jié)構(gòu)。高分辨X

射線衍射技術(shù)利用高亮度、高準(zhǔn)直性的X射線源和高穩(wěn)定性的探測器，實(shí)現(xiàn)

高精度、高靈敏度的物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析。高分辨X

射線衍射技術(shù)小

角X

射線散射技術(shù)是一種研究物質(zhì)納米尺度結(jié)構(gòu)的有效手段，通過測量X

射線在物質(zhì)中的小角度散射，可以獲得物質(zhì)內(nèi)部納米級(jí)結(jié)構(gòu)的信息。小

角X射線散射技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、能源科學(xué)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。該技術(shù)可用于研究高分子、膠體、生物大分子等軟物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和相互作

用，以及納米材料、多孔材料等硬物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和形貌。小角X射線散射技術(shù)該技術(shù)可用于研究生物組織、材

料內(nèi)部結(jié)構(gòu)等復(fù)雜體系的無損成

像，具有高分辨率、高靈敏度、非破壞性等優(yōu)點(diǎn)。X射線衍射成像技術(shù)是一種基于X

射線衍射原理的成像技術(shù)，通過測量樣品對(duì)X

射線的衍射強(qiáng)度和角度分布，可以重建出樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像。X射線衍射成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、地球科學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。X射線衍射成像技術(shù)同步輻射X射線衍射技術(shù)利用同步輻射光源產(chǎn)生的高強(qiáng)度、高準(zhǔn)直性的X射線進(jìn)行物質(zhì)

結(jié)構(gòu)分析，具有極高的分辨率和靈敏度。同