读Ｘ射线衍射测量晶体材料的热膨胀有感读Ｘ射线衍射测量晶体材料的热膨胀有感090330224 陈丹读后这篇论文我再次体会到X射线的广泛应用，它不但如众所周知的应用于医疗事业，而且在其他领域的应用也是非常广泛的，例如军事，工业生产等通过对材料现代分析方法的学习我们知道X射线是一种很短的电磁波，约与晶体的晶格常数为同一数量级，具有反射、折射、干涉、衍射、偏振等特征，属于横波用于晶体结构分析的X射线波长一般在0.25~0.5nm且物质结构中, 原子和分子的距离正好落在X射线的波长范围内，所以物质(特别是晶体)对于x射线的衍射能够传递极为丰富的微观结构信息X射线衍射仪(简称XRD)是一种应用十分广泛的分析仪器，它能利用X射线在晶体中的衍射现象进行材料的晶体结构、晶歌参数、晶体缺陷、物相分析等的分析本篇论文的主题是利用X射线测晶体的热膨胀系数，是一种测试热膨胀系数的一种以前我们所不曾了解的方法材料的热膨胀是指材料在其温度变化的情况下材料本身尺寸的变化，它来源于原子之间的非简谐相互作用，是材料的一个基本物理参数X射线热膨胀测定法是通过X 射线衍射测定晶体的热膨胀系数，这种方法能用来测量粉末样品和薄膜样品的热膨胀系数，同时对于各向异性的晶体材料也能得出它们沿晶体不同方向的膨胀特性。
当一束单色射X线入射到晶体时，由于晶体是由原子有规则排列的晶胞所组成，而这些有规则排列的原子间距离与入射X射线波长具有相同数量级，迫使原子中的电子和原子核成了新的发射源，向各个方向散发X射线，这是散射不同原子散射的射X线相互干涉叠加，可在某些特殊的方向上产生强的X射线假定晶体中某一方向上的原子面网之间的距离为d, 波长为λ的X射线以夹角θ射入晶体，在同一原子面网上，入射线与散射线所经过的光程相等，在相邻的两个原子面网上散射出来的X射线有光程差，只有当光程差等于入射波长的整数倍时，才能产生被加强了的衍射线，即:2d sinθ= nλ这就是布拉格公式根据布拉格公式d =nλ/2sinθ，如果温度增加使原子面间距增加，将导致衍射角减小在实验中如果能测量衍射角随温度的变化关系，就能得到面间距随温度的变化关系，从而求出材料的膨胀系数，热膨胀系数的定义为α = ΔL/LΔT表示单位温度变化引起的材料长度的变化率，其中ΔL/L为材料长度的相对变化，ΔT为发生这个变化的温度间隔，具体微观变化表达式为α = Δd/dΔT，其中Δd /d 为面间距的相对变化这就是X射线测量晶体膨胀系数的原理粉末样品和薄膜样品中包含着数目极多的细小单品，因此存在各种可能的取向，相当于一个晶体在原点保持不动情况下绕各种可能的方位转动，当入射的X射线与样品相遇时，总有一些面间距为d满足布拉维定律的要求从而形成衍射。
我想也是是由于这一点，这种方法能同时测量不同晶体学方向的热膨胀系数，从而得出它们沿晶体不同方向的膨胀特性在所举例子中用该种方法测量出对应六方结构的Zn 沿c 轴和和a 轴方向的热膨胀系数分别为52 × 10 － 6 K － 1 和19 × 10 － 6K － 1 ，而通常物理手册中给出Zn 的膨胀系数为28. 6 ×10 － 6K － 1，我个人认为测量误差还是比较大的，对于其造成误差的原因我觉得是d 的取值，而造成晶体d 值的误差取决于衍射角θ对上式求微分可得Δd/Δθ= - dctgθ，在射X线衍射测量过程中选择高角衍射会大大提高测量的精度查阅了其他一些材料我还了解到：测量时要时刻观察温度的变化, 因为温度变化1 ℃时, 晶胞参数将变化0. 001%.因此，要严格控制好温度, 使温度变化幅度小于0. 1 ℃相对比原来我们所学的测量方法，X射线衍射测量材料的膨胀系数时需要的样品量比较少，特别适合于微量样品的测量；在区分混合材料中不同成分的膨胀系数时，X射线衍射不需要把样品分开，只要混合样品的衍射峰不互相重叠，就能用X射线射测量混合样品中各个成分的热膨胀系数；由于温度增加会导致材料中的点缺陷数量按指数增加，通常的测量方法测量材料的热膨胀包含了点缺陷的增加而导致材料膨胀的因素，但X射线衍射测量不受点缺陷数量增加的影响。
但是，X射线衍射法测量膨胀系数也有其局限性，它只能用来测量晶体材料的热膨胀系数，不能用来测量非晶态材料的热膨胀系数；传统的测量方法不能观察到相变过程，能够给出材料的热膨胀系数，而X射线衍射能够观察到相变过程，但不能给出有相变发生情况下的热膨胀系数我所选的论文只是简单介绍了 X 射线衍射众多应用中的一种，对于其在其他方面的研究还待我进一步的学习，正所谓“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索” 。