粉末x射線衍射儀器的應用

1、粉末粉末X射線衍射儀器的應用射線衍射儀器的應用向立人向立人（四川大學化學學院（四川大學化學學院成都成都610064610064）摘要粉末分析是一種重要的晶體結構和物相分析技術。本文簡要介紹粉末X射線衍射儀器的發(fā)展、原理及其在材料科學中的應用。關鍵詞粉末X射線衍射分析分析法材料科學1引言1895年W.K.Rntgen發(fā)現(xiàn)X射線，這是一種具有很強穿透力的電磁輻射。1901年獲第一個諾貝爾物理學獎。1912年，W.L.Bragg和W.H.Br

2、agg建立X射線反射公式，為晶體X射線衍射法奠定了物理基礎，1915年獲諾貝爾物理學獎。1916年，P.J.W.Debye和J.A.Scherrer發(fā)明粉末法測定晶體結構，1936年，J.D.Watson和F.H.C.Crick根據(jù)M.Wilkins對DNA的X射線衍射數(shù)據(jù)，提出DNA雙螺旋分子的結構模型，1963年獲諾貝爾生物學獎。粉末X射線衍射分析儀器得到很快的發(fā)展。50年代以前，出現(xiàn)照相式X射線衍射儀，50年代初，研制出目前最廣泛

3、使用的X射線衍射儀，60年代設計成功了四圓衍射儀，與此同時采用聚焦原理設計了多晶X射線衍射儀，60年代采用各種輻射探測器制成X射線衍射儀，繼而又設計了旋轉陽極靶X射線衍射儀。80年代研制PSPC探測器X射線衍射儀。近十余年以來，由于X射線源和輻射源探測設備的不斷更新、高速度大容量電子計算機和工作站的廣泛應用，尤其是分子和晶體結構的模型設計乙基高維（4維與5維）對稱群理論的發(fā)展，使得X射線衍射學進入一個新的發(fā)展時期。X射線衍射儀和電子顯微

4、鏡成為使用量最大的大型分析儀器。2粉末X射線衍射分析儀器原理粉末X射線衍射分析儀多為旋轉陽極X射線衍射儀，由單色X射線源、樣品臺、測角儀、探測器和X射線強度測量系統(tǒng)所組成。Cu靶X射線發(fā)生器發(fā)出的單色X射線通過入射soller狹縫，發(fā)散狹縫照射樣品臺，X射線經(jīng)試樣晶體產生衍射，衍射線經(jīng)出射狹縫，散射soller狹縫，接受狹縫被探測器檢測。X射線管發(fā)射的X射線照射晶體物質后產生吸收、散射、衍射X熒光、俄歇電子和X電子。晶體中原子散射的電磁

5、波互相干涉和互相疊加而產生衍射圖譜。X射線粉末衍射圖譜可以提供三種晶體結構信息：衍射線位置（角度）、強度和形狀（寬度），根據(jù)這些信息IiaIjs=K(XaXs)XRD定量方法有內標法、K值法、增量法和無標定量法，其中常用的是內標法。衍射強度的測量用積分強度或峰高法，有利于消除基體效應及其它因素的影響。XRD定量方法的優(yōu)勢在于它能夠給出相同元素不同成分的含量，這是一般化學分析不能達到的。粉末X射線衍射儀使得強度測量既方便又準確。例如：鋼中

6、殘余奧氏體的測定，XRD比金相法、磁性法更加靈敏，更加準確。3.4晶粒大小分析多晶體材料的晶體尺寸是影響其物理化學性能的重要因素，測定納米材料的晶粒大小要用XRD，用X射線衍射法測量小晶粒尺寸是基于衍射線剖面寬度隨晶粒尺寸減少而增寬。Scherrer方程：D=KB12cosθ式中，D為小晶體的平均尺寸，K為常數(shù)（約等于1），B12為衍射線剖面的半高寬。影響衍射峰寬度的因素很多，如光源、平板試樣、軸向發(fā)散、吸收、接受狹縫和非準直性、入射X

7、射線的非單色性（Kα1、Kα2、Kβ）等。應該指出，當小晶體的尺寸和形狀基本一致時，上式計算結果比較可靠。但一般粉末試樣的晶體大小都有一定的分布，Scherrer方程需要修正，否則只能得到近似的結果。盧冬梅等用XRD對微波燒結的牙科全瓷材料晶粒度進行測定，朱俊武等用XRD測定CuO納米多功能材料，根據(jù)Scherrer公式以（111）晶面計算樣品A、B、C、D的平均粒度分別為6nm、14nm、9nm、9nm。3.5結晶度分析物質的結晶度會

8、影響材料的物性，測定結晶度的方法有密度法、IR法、NMR法和差熱分析法，XRD法優(yōu)于上述各法，它是依據(jù)晶相和非晶相散射守恒原理，采用非晶散射分離法(HWM)、計算機分峰法（CPRM）、或近似全導易空間積分強度法(RM)測定結晶度。無論這些方法還存在什么問題，結晶度的測定對于高分子材料的研究都是有益的。從X射線測量來說，理想的晶體產生衍射，理想的非晶體產生相干散射，而畸變的結晶（次晶、介晶、近晶、液晶）變成程度不同的散射，所以高分子材料結