本章主要內容
1. x 射線介紹
2. x 射線與物質的作用
3. x 射線衍射儀器
4. x 射線衍射分析方法
5. x 射線衍射應用
布拉格方程的討論
●（1）布拉格方程描述了「選擇反射」的規律。產生「選擇反射」的方向是各原子面
反射線干涉一致加強的方向，即滿足布拉格方程的方向。
●（2）布拉格方程表達了反射線空間方位（θ）與反射晶面面間距（d）及入射線
方位（θ）和波長（λ）的相互關係。
●（3）入射線照射各原子面產生的反射線實質是各原子面產生的反射方向上的相
幹散射線，而被接收記錄的樣品反射線實質是各原子面反射方向上散射線干涉一致加強的結果，即衍射線。
布拉格方程的討論
●（4）布拉格方程由各原子面散射線干涉條件匯出，即視原子面為散射基元。原
子面散射是該原子面上各原子散射相互干涉（疊加）的結果。
●（5）衍射產生的必要條件
●「選擇反射」即反射定律+布拉格方程是衍射產生的必要條件。
●當滿足此條件時有可能產生衍射；若不滿足此條件，則不可能產生衍射。
●（6）衍射強度與晶體結構有關,有系統消光現象.
本章主要內容
1. x 射線介紹
2. x 射線與物質的作用
3. x 射線衍射儀器
4. x 射線衍射分析方法
5. x 射線衍射應用
一、x-射線的性質
①肉眼不能觀察到，但可使照相底片感光、螢光板發光和使氣體電離；
②能透過可見光不能透過的物體；
③這種射線沿直線傳播，在電場與磁場中不偏轉，在通過物體時不發生反射、折射現象，通過普通光柵亦不引起衍射；
④這種射線對生物有很厲害的生理作用。
二、x-射線的產生
●1.產生x-射線的方法：是使快速移動的電子(或離子)驟然停止其運動，則電子的動能可部分轉變成x光能，即輻射出x-射線。
*x射線發生器的主要部件
(1)陰極：鎢燈，電流3-4a，加速電壓5-8kv
(2)陽極靶材：cu/mo/ni等熔點高、導熱性好的金屬
(3)be窗：d=0.2mm，可透過x射線。
2.白色、特徵x射線譜的產生
白色x射線：「白色」的理解-連續波長；僅與加速電壓有關
特徵x射線：「單色」；
●x射線的頻率由下式決定：
hν＝ω2 —ω1
ω1和ω2為正常狀態能量和受激狀態能量。
●當打掉k層電子時，外層電子都可能回躍到那個空位上，回躍時產生k 系的x射線光譜。
●k系線中，kα線相當於電子由l層過渡到k層；kβ線相當於電子由m層過渡到k層。k
β線比kα線頻率要高，波長較短。整個k系x射線波長最短。結構分析時所採用的就是k系x射線。
eu=1/2mv2
λmin=hc/eu
三、x射線與物質的相互作用
1.透射。強度減弱，波長不變，方向基本不變；
2.吸收。①能量以其他能量形式釋放，如光電效應、俄歇(auger)效應、螢光效應等。②吸收。類似lb定律。
3.散射。原子使x射線偏離原來方向。①波長不變-相干散射-thomson 散射；②有能量交換，波長變長，非相干散射-compton散射。
x射線與物質作用除散射、吸收和通過物質外，幾乎不發生折射，一般情況下也不發生反射。
*相干散射或稱古典散射
●當入射x光子與物質中的某些電子（例如內層電子）發生碰撞時，由於這些電子受到原子的強力束縛，光子的能量不足以使電子脫離所在能級的情況下，此種碰撞可以近似地看成是剛體間的彈性碰撞，其結果僅使光子的前進方向發生改變，即發生了散射，但光子的能量並未損耗，即散射線的波長等於入射線的波長。此時各散射線之間將相互發生干涉，故成為相干散射。相干散射是引起晶體產生衍射線的根源。
*不相干散射-康普頓效應
●當入射x射線光子與物質中的某些電子發生碰撞時，由於這些電子結合鬆弛，碰撞的結果是x射線光子將一部分能量傳遞給電子，使電子脫離原子而形成反衝電子，同時光子本身也改變了原來的前進方向，發生了散射。
●這種散射由於各個光子能量減小的程度各不相同，即每個散射光子的
波長彼此不等，因此相互不會發生干涉，故稱為不相干散射。不相干散射線的波長比入射x射線的能量小、波長大。在x射線衍射分析中只增加連續背景，給衍射圖帶來不利影響。
本章主要內容
1. x 射線介紹
2. x 射線與物質的作用
3. x 射線衍射儀器
4. x 射線衍射分析方法
5. x 射線衍射應用
(1) x射線光源
x射線發生器
(2) 測角儀(goniometer)
●測角儀是x射線衍射儀的核心部分。
●s-管靶焦斑m-入射光柵
●p-發散狹縫ds o-測角儀中心d-樣品
●q-防散射狹縫ss f-接收狹縫rs
●c-計數器s-soller狹縫
●e-支架h-樣品臺g- 測角儀圓
●樣品臺位於測角儀中心，樣品臺的中心軸與測角儀的中心軸(垂直圖面)o垂直。
●樣品臺既可以繞測角儀中心軸轉動，又可以繞自身中心軸轉動。
(3) 探測與記錄系統
x射線衍射儀是用探測器、定標器、計數率儀及其相應的電子線路作為探測與記錄系統來代替照相底片記錄試樣的衍射訊號的。
(4) 控制系統
●控制系統是利用電子計算機控制x射線衍射儀測量、記錄、資料處理和列印結
果的裝置。
3.實驗與測量方法
a.樣品的製備方法
晶粒尺寸：粉末粒度1-5 m
注意：樣品的均勻性、消除製樣過程引起結構上的變化。
b.儀器實驗工作引數的選擇
一些實驗工作引數的選擇對衍射圖的影響是互相矛盾、互相制約的
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1. x 射線介紹
2. x 射線與物質的作用
3. x 射線衍射儀器
4. x 射線衍射分析方法
5. x 射線衍射應用
1.理論依據
●(1)laue方程：
●(2)bragg方程：
1.laue法
2.迴轉晶體法
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2. x 射線與物質的作用
3. x 射線衍射儀器
4. x 射線衍射分析方法
5. x 射線衍射應用
x-射線衍射分析應用
物相分析-定性、定量
確定物質（材料）由哪些相組成（即物相定性分析或稱物相鑑定） 確定各組成相的含量（常以體積分數或質量分數表示，即物相定量分
析）。物相分析原理
●x射線衍射線的位置決定於晶胞的形狀和大小，也即決定於各晶面的面間距
●x射線衍射線的相對強度則決定於晶胞內原子的種類、數目及排列方式
●每種晶態物質都有其特有的成分和結構，不是前者有異，就是後者有別，因而也
就有其獨特的衍射花樣
●由於粉晶法在不同的實驗條件下總能得到一系列基本不變的衍射資料，因此藉以
進行物相分析的衍射資料都取自粉晶法；
●其方法就是將所得到的衍射資料（或圖譜）與標準物質的衍射資料或圖譜進行比
較，如果兩者能夠吻合，這就表明樣品與該標準物質是同一物相，從而便可作出鑑定。
(1)物相定性分析步驟
a.製備待分析物質樣品；
b.用衍射儀法或照相法獲得樣品衍射花樣；
c.檢索pdf卡片；
d.核對pdf卡片，判定物相。
a. x射線衍射測試樣品製備
1.要了解樣品的物理化學性質，如是否易燃、易潮解、易腐蝕、有毒、易揮發等。
2.金屬樣品如塊狀、板狀、圓柱狀要求磨出乙個平面，面積不小於10×10公釐。
3.粉末樣品要求磨成可以通過250~300目篩子的粒度，約50微公尺。粒度粗大衍射強度
底，峰形不好，解析度低。
4.粉末樣品要求在3克左右，如果太少也需5毫克。
5.樣品可以是金屬、非金屬、有機、無機材料粉末，但要求提供樣品主要成份。
6. 對於不同基體的薄膜樣品，x射線測量的膜厚度約20個奈米。
石英獨山玉x射線衍射測試結果
鋼鐵奧氏體
藥物氟哌酸
c. pdf卡片
各種已知物相衍射花樣的規範化工作於2023年由哈那瓦特(j. d. hanawalt)開創。
他的主要工作是將物相的衍射花樣特徵(位置與強度)用d(晶面間距)和i(衍射線相對強度)資料組表達並製成相應的物相衍射資料卡片。
最初的1300張卡片由「美國材料試驗學會(astm)」出版，稱astm卡片。 2023年成立了國際性組織「粉末衍射標準聯合會(jcpds)」，由它負責編輯出版「粉末衍射卡片」，稱pdf卡片。
氯化鈉(nacl)的pdf卡片
d. pdf卡片索引
◆為方便、迅速查對pdf卡片，jcpds編輯出版了多種pdf卡片檢索手冊：
◆hanawalt無機物檢查手冊、hanawalt有機相檢查手冊、無機相字母索引、fink無機索引、礦物檢索手冊等
◆檢索手冊按檢索方法可分為兩類：以物質名稱為索引(即字母索引)、以d值數列為索引(即數值索引)。
字母索引
◆以物相英文名稱字母順序排列。每種相乙個條目，佔一橫行。
◆條目的內容順序為：物相英文名稱、三強線d值與相對強度、卡片編號和參比強度號。條目示例如下：
數值索引
◆以hanawalt數字索引為例。
◆其編排方法為：乙個相乙個條目，在索引中佔一橫行，其內容依次為按強度
遞減順序排列的8條強線的晶面間距和相對強度值、化學式、卡片編號和參比強度值。條目示例如下：
◆f ink數值索引與哈那瓦特數值索引相類似，主要不同的是其以八強線條的d值
迴圈排列，每種相在索引中可出現8次。
hanawalt法
按強度排列：
2.98x，2.549，2.078，1.758，2.437，
3.864，1.384，1.182
因此hanawalt檢索組為：
a 2.98x，2.549，2.078，1.758，2.437，3.864，1.384，1.182
b 2.549，2.98x，2.078，1.758，2.437，3.864，1.384，1.182
c 2.078，2.98x，2.549，1.758，2.437，3.864，1.384，1.182
d 1.758， 2.98x，2.549，2.078，2.437，3.864，1.384，1.182
fink法
八強峰按d值大小排列為：
3.864，2.98x，2.549， 2.437，2.078，1.758，1.384，1.182
按強度大小排列為：
2.98x，2.549，2.078，1.758，2.437，
3.864，1.384，1.182
因此fink檢索組為：
a 2.98x，2.549， 2.437，2.078，1.758，1.384，1.182，3.864
b 2.549， 2.437，2.078，1.758，1.384，1.182，3.864，2.98x
c 2.078，1.758，1.384，1.182，3.864，2.98x，2.549， 2.437
d 1.758，1.384，1.182，3.864，2.98x，2.549， 2.437，2.078，
●上圖給出的是在計算機檢索程式上執行時的pdf卡片示例。從pdf卡片上，我們可以知道試樣的
化學式和名稱，光學性質，晶體學資料，如晶面間距，相對強度，晶體的型別，對應的hkl等。
2.多相物質分析
◆多相物質相分析的方法是按上述基本步驟逐個確定其組成相。
◆多相物質的衍射花樣是其各組成相衍射花樣的簡單疊加，這就帶來了多相物質分析(與單相物質相比)的困難：
◆檢索用的三強線不一定局於同一相，而且還可能發生乙個相的某線條與另一相的某線條重疊的現象。
◆因此，多相物質定性分析時，需要將衍射線條輪番搭配、反覆嘗試，比較複雜。
多組分x射線衍射圖
3. 物相定量分析
◆定量分析的任務是確定物質(樣品)中各組成相的相對含量。
◆由於需要準確測定衍射線強度，因而定量分析一般都採用衍射儀法。
◆設樣品中任意一相為j，其某(hkl)衍射線強度為i j，其體積分數為f j，
樣品(混合物)線吸收係數為μ；定量分析的基本依據是：i j 隨f j的增加而增高；但由於不同樣品對x射線的吸收不同，i j 亦不正比於f j，而是依賴於i j與f j及μ之間的關係。
x射線衍射測試樣品舉例：tio2
高分子材料
高分子材料是由相對分子質量較高的化合物構成的材料。我們接觸的很多天然材料通常是高分子材料組成的，如天然橡膠 棉花 人體器官等。人工合成的化學纖維 塑料和橡膠等也是如此。一般稱在生活中大量採用的，已經形成工業化生產規模的高分子為通用高分子材料，稱具有特殊用途與功能的為功能高分子。樹枝，獸皮，稻草等天然...
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一 選擇題 1 可以提高tem的襯度的光欄是 a 第二聚光鏡光欄 b 物鏡光欄 c 選區光欄 d 其它光欄 2 可以消除的像差是 a 球差 b 像散 c 色差 d a b 3 電子衍射成像時是將 a 中間鏡的物平面與物鏡的背焦面重合 b 中間鏡的物平面與物鏡的像平面重合 c 關閉中間鏡 d 關閉物鏡...
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