材料现代分析方法复习要点总汇文档格式.docx

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F——结构因子；

P——多重性因子；

分式为角因子，其中θ为衍射线的布拉格角；

e-2M——温度因子；

1/u-吸收因子。

以下重点介绍结构因子F

§

2影响衍射线强度的其它因素

1.多重性因子P

指同一晶面族｛hkl｝的等同晶面数。

　　　晶体中面间距相等的晶面称为等同晶面。

根据布拉格方程，在多晶体衍射中，等同晶面的衍射线将分布在同一个圆锥面上，因为这些晶面对应的衍射角2θ都相等。

多晶体某衍射环的强度与参与衍射的晶粒数成正比，因此，在其他条件相同的情况下，多晶体中某种晶面的等同晶面数目愈多，这种晶面获得衍射的几率就愈大，对应的衍射线也必然愈强。

2.角因子（1+Cos22θ）/Sin2θCosθ

3.温度因子（第84页）e-2M）

由于原子热振动使点阵中原子排列的周期性部份破坏，因此晶体的衍射条件也部份破坏，从而使衍射强度减弱。

晶体的中原子的热振动，衍射强度受温度影响，温度因子表示为e-2M。

4.吸收因子A

因为试样对X射线的吸收作用，使衍射线强度减弱，这种影响称吸收因子。

晶体的X射线吸收因子取决于所含元素种类和X射线波长，以及晶体的尺寸和形状。

思考题

•系统消光P78

•五个因子的定义、表达

•体心立方和面心立方结构点阵消光规律的推导

多晶体X射线衍射分析方法

X射线衍射的方法和仪器

粉晶德拜照相法

粉晶衍射仪法

多晶—粉末法λ不变θ变化

德拜法、衍射仪法

单晶—λ变化θ不变劳厄法

λ不变θ变化周转晶体法

1粉晶德拜照相法 

定义：

利用X射线的照相效应，用底片感光形式来记录样品所产生的衍射花样。

1．照相法基本原理

由于粉末柱试样中有上亿个结构相同的小晶粒，同时它们有着一切可能的取向，所以某种面网（dhkl）所产生的衍射线是形成连续的衍射园锥，对应的园锥顶角为4θhkl；

由于晶体中有很多组面网，而每组面网有不同的值，因此满足布拉格方程和结构因子的所有面网所产生的衍射线形成一系列的园锥，而这些园锥的顶角为不同的4θhkl；

•衍射花样的记录、测量及计算

•①记录方式

•按底片的安装方式不同，有三种方法：

•正装反装不对称装

•②测量与计算

•I相对—目测估计、测微光度计测量

•dhkl—从底片上测量计算、使用d尺

由于底片是围绕粉末柱环形安装的，所以在底片上衍射线表现为一对对称的弧线（θ=450时为直线），一对弧线代表一组面网（dhkl）每对弧线间的距离为4θhkl，所张的弧度为：

S=R4θhkl

技术

1、样品粉末状1mg，用有机胶粘在玻璃丝上。

2、不对称安装，放在X光下嚗光4小时，然后冲洗，底片叫德拜图，黑的即为衍射线。

3、底片上的黑度代表强度。

每一对弧代表一个面网。

4、整个胶片长2T对应360°

，Φ=57.3mm，1mm=2°

5、由Debey得到各面网的d值，由黑度得到各面网的相对强度I/I0值。

8．其他照相法

按聚焦原理，设计聚焦相机，达到提高分辨能力又节省曝光时间的目的。

①西曼—鲍林相机聚焦原理

利用发散度较大的入射X射线束，照射试样上较大区域，由粉末多晶试样中某一组面网所发生的衍射在照相底片上仍然聚焦集中到一点（或一条细线）的衍射方法，称为聚焦法。

②纪尼叶相机

纪尼叶相机是将弯曲晶体单色器与聚焦相机结合而成的衍射方法。

X射线衍射仪

▪X射线衍射仪是用射线探测器和测角仪探测衍射线的强度和位置，并将它转化为电信号，然后借助于计算技术对数据进行自动记录、处理和分析的仪器。

技术上的进步，使衍射仪测量精度愈来愈高，数据分析和处理能力愈来愈强，因而应用也愈来愈广。

▪衍射仪按其结构和用途，主要可分为测定粉末试样的粉末衍射仪和测定单晶结构的四圆衍射仪，此外还有微区衍射仪和双晶衍射仪等特种衍射仪。

尽管各种类型的X射线衍射仪各有特点，但从应用的角度出发，X射线衍射仪的一般结构、原理、调试方法、仪器实验参数的选择以及实验和测量方法等大体上相似的。

虽然由于具体仪器不同，很难提出一套完整的关于调试、参数选择，以及实验和测量方法的标准格式，但是根据仪器的结构原理等可以寻找出对所有衍射仪均适用的基本原则，掌握好它有利于充分发挥仪器的性能，提高分析可靠性。

▪X射线衍射实验分析方法很多，它们都建立在如何测得真实的衍射花样信息的基础上。

尽管衍射花样可以千变万化，但是它们的基本要素只有三个：

衍射线的峰位、线形和强度。

实验者的职责在于准确无误地测量衍射花样三要素，这就要求实验者掌握衍射仪的一般结构和原理，掌握对仪器调整和选择好实验参数的技能以及实验和测量方法。

▪原则上讲，衍射仪可以根据任何一种照相机的结构来设计，常用的粉末衍射仪的结构是与德拜相机类似的只是用一个绕轴转动的探测器代替了照相底片

▪仪器结构主要包括四个部分：

1.X射线发生系统，用来产生稳定的X射线光源。

2.测角仪，用来测量衍射花样三要素。

3.探测与记录系统，用来接收记录衍射花样。

4.控制系统用来控制仪器运转、收集和打印结果。

一、X射线光源

•1、对光源的要求

•简单地说，对光源的基本要求是稳定，强度大，光谱纯洁。

•用衍射仪测量衍射花样是“非同时测量的”，为了使测量的各衍射线可以相互比较，要求在进行测量期间光源和各部件性能是稳定的。

•提高光源强度可以提高检测灵敏度、衍射强度测量的精确度和实现快速测量。

•管子的光谱纯洁对衍射分析很重要，光谱不纯，轻则增加背底，重则，则增添伪衍射峰，从而增加分析困难。

•2、光源单色化的方法

•衍射分析中需要单色辐射以提高衍射花样的质量。

通常采用过滤片法、晶体单色器、脉冲高度分析器等方法，过滤K射线，降低连续谱线强度。

二、测角仪：

测角仪是衍射仪的关键部件，它的调整与使用正确与否，将直接影响到探测到的衍射花样的质量。

就是说，倘若对测角仪调整准确和使用得当，所探测到的衍射花样即衍射线的峰位、线形和强度是真实的，否则将引起失真，为了正确调整和使用，必须对测角仪有关问题作必要的叙述。

•1、测角仪的结构和原理

•工作原理：

•

（1）、光源到试样中心的距离等于样品中心到记录点的距离，即等于测角仪半径。

•

（2）、光束中心和试样表面形成的角度恰好等于衍射角2的一半。

•这就要求计数管窗口前的接收狭缝位于距试样中心为测角仪半径R的圆周上，要求计数管和试样绕测角仪轴的转动速率比值恰好是1：

2。

•通过光源中心、试样中心和探测点的聚焦圆，其半径l随入射角的增减而改变。

•2、衍射仪光束的几何光学

发散狭缝的作用是增强衍射强度。

防散射狭缝的作用是限制不必要的射线进入射线管。

接收狭缝的作用是限制衍射光束的水平发散度。

索拉狭缝的作用是限制入射光和衍射光的垂直发散度。

•3、探测器的扫描方式

•连续扫描：

步进扫描；

跳跃步进扫描

•4、测角仪的调整与检验

•测角仪的调整是使用衍射仪的重要环节，是衍射仪能否正确工作的关键。

调整准确，所测试样衍射花样才不失真，否则将导致衍射强度和分辨率下降，线形失真，峰位移动，峰背比减小

•

（1）、调整

•调整的目的在于获得一个比较理想的工作条件，当选择多晶体硅粉作试样，装在调整好的测角仪试样台进行衍射测量时，应能达到：

1.衍射峰的位置有准确的读数，角偏差小于0.01度。

2.有最佳的分辨率。

3.能获得最大衍射强度。

•

（2）、调整完毕后必须满足的条件

•1.发散狭缝、接收狭缝、防散射狭缝的中心线与测角仪轴线均应位于同一平面内，且互相平行，各狭缝的中心点连线CC'

与测角仪轴OO'

垂直，CC'

轴称为测角仪水平线。

•2.X射线管焦斑中心线与各狭缝中心线准确平行，测角仪的水平线CC'

通过焦斑的中心，并与靶面成角，一般=3o—6o，以此来确定X射线管和测角仪的相对位置。

•3.试样台与测角仪的零点必须重合，试样装在试样台上时，试样表面精确包含OO'

和CC'

所确定的平面重合。

•4.X射线管焦斑和接收狭缝到测角仪轴心的距离相等。

三、探测与记录系统

•X射线衍射仪是用探测器、定标器、计数率仪及其相应的电子线路作为探测与记录系统来代替照相底片记录试样的衍射花样的。

•1、探测器

•用于X射线衍射仪的探测器主要有盖革计数管、闪烁计数管、正比计数管和固体探测器，其中闪烁计数管和正比计数管应用较为普遍。

•

（1）、盖革计数管和正比计数管

•盖革计数管和正比计数管都属于充气计数管，它们是利用X射线能使气体电离的特性进行工作的。

•

（2）、闪烁计数管

•是利用某些固体（磷光体）在X射线照射下会发出荧光的原理制成的。

把这种荧光耦合到具有光敏阴极的光电倍增管上，光敏阴极在荧光的作用下会产生光电子，经多级放大后就可得到毫伏级的电脉冲信号。

•（3）、固体探测器

•2、脉冲高度分析器

•它是一种特殊的电子电路，和滤波片配合使用可以扣除K附近以外连续光谱

3定标器可对脉冲进行累计计数，用于强度的精确测量。

有定时计数和定数计时两种工作方式。

•4、计数率仪它是能连续测量计数速率变化的仪器。

3.探测器

气体电离计数器：

它是以吸收X射线光子后发生气体电离，产生电脉冲过程为基础。

闪烁计数器：

它是利用X射线激发某种物质产生可见的荧光，这种荧光再经光电倍增管放大，得到能测量的电流脉冲。

半导体计数器：

它是借助X射线作用于固体介质中发生电离效应，形成电子—空穴对而产生电脉冲信号。

（3）固体检测器（SSD）

当X射线照射半导体时，由于射线量子的电离作用，能产生一些电子-空穴对.在本征区产生的电子-空穴对在电极间的电场作用下，电子集中在n区，空穴则聚集在p区，结果将有一股小脉冲电流向外电路输出。

四、控制系统

•控制系统是利用电子计算机控制X射线衍射仪测量、记录、数据处理和打印结果的装置。

五、实验与测量方法

•1、样品的制备方法2、仪器实验工作参数的选择3、测量方法

•

（1）、衍射线峰位的测量

1.峰巅法；

2.切线法；

3.半高宽中点法；

4.中线峰法；

5.重心法；

6.抛物线拟合法。

•

（2）、衍射线强度的测量1.求积法；

2.计数法。

•（3）、衍射线线形的测量1.半高宽法；

2.积分宽度法；

3.方差宽度法

扫描方式及其衍射强度曲线

连续扫描：

一般定性分析用；

步进扫描：

精确测定2θ及I，做定量、测点阵常数时用。

四．衍射曲线上数据的测量

①衍射峰2θ位置的测量

峰巅法交点法弦中点法中心线峰法重心法

②衍射强度I的测量

峰高强度：

以减去背景后峰的高度代表整个衍射峰的强度。

累积强度：

它是以整个衍射峰在背景线以上部分的面积作为峰的强度。

五．衍射线的强度计算

六．衍射仪法与照相法的比较

①简便快速②灵敏度高③分辨能力强④直接获得I和d值

⑤低角度区2θ测量范围大，盲区约为2θ<

3。

⑥样品用量大⑦对仪器稳定的要求高

第一章X射线物理学基础

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物质的性