XRD基础知识简介

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1、1、什么是X射线，X射线是什么波?X射线，又叫X光，英文简称X-ray，是一种电磁波。它的波长介于紫外线和伽玛射线 之间，它的波长分布在可见光之外，因此肉眼无法观察到。常用的X射线波长分布在0。5 埃2。5埃。正因为它是一种电磁波，因此它与无线电波、红外线、可见光、伽玛射线等， 没有本质区别，只是波长不同而已。可见光ImJ 血mlpmlnm 103iimX-ray，X射线电磁波谱图X射线既然是一种波，因此在特定条件下，会产生X射线干涉和衍射现象，也可以用 频率、波长来表征；X射线还具有料子性，它能产生光电效应、荧光辐射和康普顿散射等现象。因此我们 可以把X射线看成是一个个的光子（光量子），每一

2、个光子都具有特定的能量。光子数量可 以由光电计数器（一种传感器）捕获。用于金属探伤的X-ray波长一般在0。05埃1。0埃之间或更短，因为当X-ray波长愈 短时，光子能量就愈大，x-ray的穿透能力就愈强，可以检测更厚、更重的材料。因此有时, 我们把波长短的X射线为硬X射线，反之则称为软X射线。2、XRD是什么，XRD是什么意思？XRD 是什么意思？ XRD 是英文 X-ray diffraction 或者 X-Ray Diffractometer 的缩写，即 X射线衍射，或X射线衍射仪。我们经常也把X射线衍射分析技术也直接称为XRD分析， 或简称为XRD。XRD分析手段有很2种，分单晶X射

3、线衍射法，多晶X射线衍射法。对应地，所用的 XRD设备，也分为单晶衍射仪和多晶衍射仪。3、什么是物相？物相，简称为相，它是有某种晶体结构并能用化学式表征其化学成分（或有一定的成分 范围）的固体物质。化学成分不同的是不同的物相，化学成分相同而内部结构不同的，也是 不同的物相。例如，同样是铁，它能以晶体结构为体心立方结构的Fe、也能以面心立方结 构的Fe、还能以体心立方结构的高温Fe,这3种物相形式存在。随着近代材料科学的迅猛发展，物相的含义不断地扩大。4、什么是物相分析,什么是X射线衍射分析？什么是物相分析？或者说什么是X射线衍射分析？其实这两者是一个问题。物相，是 指具有某种晶体结构并能用化学

4、式表征其化学成分的固体物质，因此对每种物质或材料，常 常需要弄清楚它含有什么元素，每种元素的存在状态如何，这种回答这种元素的存在状态, 即是物相分分析的问题，也称为物相鉴定。举例来说，一种铁氧材料，用化学分析方法，可以分析出试样中含有铁和氧元素，但是 不能确切知道是氧化铁Fe2O3,还是氧化亚铁FeO,或者是磁铁Fe3O4,或者它们的混合物， 更无法确切地知道它们各自的含量。这种问题，就必须得用X射线衍射分析方法。经过X 射线衍射得到衍射图谱（也叫衍射花样），可以明确地告诉我们到底是哪种或哪几种化合物， 而且经过计算，可以得到它们的各自百分比含量。5、X射线衍射图或衍射图谱X 射线衍射图，或者

5、说，衍射图谱是如何产生的？当一束 X 射线照射到一个晶体时， 会受到晶体中原子的散射，而散射波就好像是从原子中心发出，每个原子中心发出的散射波 又好比一个源球面波。由于原子在晶体中是周期排列的，这些散射球面波之间存在着固定的 位相关系，它们之间又会产生干涉，结果导致在某些散射方向的球面波相互加强，而在某些 方向上相互抵消，从而也就出现衍射现象。即在偏离原入射线方向上，只有在特定方向上出 现散射线加强而在存在衍射斑点，其余方向则无衍射斑点。这就是衍射花样的生产机理。因为晶体结构与 X 射线衍射图或衍射图谱之间存在着一定的内在联系，通过衍射图谱 的分析，就能测定晶体结构和研究与结构有关的一系列问题

6、，这就是晶体的X射线衍射分 析，或者说物相分析，也有叫XRD分析。6、什么是X射线粉末衍射？什么是 X 射线粉末衍射？是不是就是 X 射线衍射呢？没错，X射线粉末衍射就是X射线衍射，更严格一点，X射线粉末衍射是X射线多晶 衍射的别名，是个形像的称谓。晶体世界中，分析为单晶和多晶，很多多晶物质，肉眼看起 来，就是固体粉末，因此X射线多晶衍射，通常也称为X射线粉末衍射。7、X 射线的发现X射线的发现要追溯到1895年，它是19世纪末、20世纪初物理学的三大发现（X射 线 1895年、放射线1896年、电子1897年）之一，这一发现，标志着现代物理学的诞生。19 世纪末，阴极射线是物理学研究的热门课

7、题，许多物理实验室都开展了这方面的研 究。 1894年11月8日，德国物理学家伦琴将阴极射线管放在一个黑纸袋中，关闭了实验室 灯光，他发现当开启放电线圈电源时，一块涂有氰亚铂酸钡的荧光屏发出荧光。有一本厚书， 2 厘米3 厘米的木板或几厘米厚的硬橡胶插在放电管和荧光屏之间，仍能看到荧光。他又用 盛有水、二硫化碳或其它液体进行实验，实验结果表明它们也是“透明的”，铜、银、金、铂、 铝等金属也能让这种射线穿透，只要他们不太厚。伦琴意识到这可能是某种特殊的从来没有 被观察到的射线，它具有极强的穿透力。他一连多天将自己关在实验室里，集中全部精力进 行彻底研究。6个星期后，伦琴确认这是一种新的射线，X射

8、线的发现，为人类开展现代科 学研究提供了强有力的工具。历史上第一张X射线的照片。1895年12月22日，伦琴及其夫人拍下了第一张X射线照片。12月28日，伦琴向德 国维尔兹堡物理和医学学会递交了第一篇研究通讯一种新的射线初步研究。伦琴在 他的通讯中把这一新射线称为 X 射线，因为他当时无法确定这一新射线的本质。 X 射线的 发现，开启了科学发现的新纪元。X射线的发现，标志着现代物理学的诞生，推动了现代化学和现代生物学的创立和发展， 对物理学以至整个科学技术领域产生了极为深刻的影响，为物理学、化学、生物学和医学等 相关科学造就了数十位诺贝尔奖获得者，为科学事业的发展做出了不可磨灭的贡献。为此，

9、1901 年伦琴获得了首届诺贝尔物理奖。8、X 射线是如何产生的？X 射线一经发现以后，鉴于它具有很强的穿透能力，在医学上和技术上就被广泛地被采 用。那么X射线是如何产生的？X射线产生的原理是什么？大量实际应用的X射线均是由X射线管产生的，简称X光管。X射线的产生就是这么 简单。不论是探伤用X射线机，还是照相法用的X射线机，以及X射线衍射仪，都包括： 高压发生器（包括整流部分），控制线路，X射线管及探测记录系统。其中的X射线管和探 测记录系统是X射线仪特有的。X 光管实际上就是一只特殊的高压真空二极管，其中有阴极和阳极，外部是玻璃壳密封 起来。阴极是由钨丝绕成的，使用时，通电加热至白炽状态，阴

10、核放射出热电子，电子流受 管内高压电场作用以高速撞击靶面，靶面释放出X射线，这时，X射线就产生了，这就是X射线生产的原理。这种X射线的产生装置，管内需要保持很高的真空度，真空度约是10-7mmHg （毫米 汞柱）10-5mmHg。管子的阳极需要冷却处理。9、X 射线产生的原理X 射线一经发现以后，鉴于它具有很强的穿透能力，在医学上和技术上就被广泛地被采 用。那么X射线是如何产生的？X射线产生的原理是什么？我们知道，可见光的产生原理是：大量分子、原子等热源在热激发下向外辐射电磁波的 结果，而 X 射线产生的原理与可见光产生机理完全一致，是由高速运动着的带电粒子与某 种物质相撞击后猝然减速，且与该

11、物质中的内层电子相作用而产生的。总结一下， X 射线产生的需要以下3 个基本条件：（ 1）产生自由电子；（ 2 ）使电子作定向高速运动； （3）在电子运动的路径上设置使其突然减速的障碍物；以上就是X射线产生原理，据此生产的X射线产生装置就叫：X光管，或X射线发生 庚 器。10、X 射线的性质X射线发现以后，引起了一场X射线的研究热潮，对于X射线的性质、X射线的本质 一直存在争议，争论的焦点集中在：X射线到底是电磁波还是粒子流？现在我们知道，X射线是一种电磁波，它与无线电波、可见光、伽玛射线等并没有本质 上的区别，区别只是波长不同而已。作为电磁波的一种，X射线具有电磁波所具有的一般属 性，可以用

12、电场强度E和磁场强度H来表征，里面的主要参数是：波长和频率。实验表明， 在光波中能引起各种光学作用的是电场强度E，因此我们称这个E为光矢量。X射线在传播 过程中发生的干涉、衍射现象就突出地表现出它的波动特性。因此这里我们说，X射线的性 质X射线是一种电磁波。但是 X 射线还有一个现象，短波极限、光电效应、荧光辐射和康普顿散射等现象则无 法解释。在大量科学实验的基础上，科学家们确认：X射线的性质还有另一方面：粒子性。 即X射线在空间传递时，也具有粒子性。简单地说，X射线是由大量以光速运动的粒子组 成的不连续的粒子流，这些粒子，我们称为：光量子或光子。综上所述，X射线同时具有波动性和粒子性，简称为

13、：波粒二象性。它的波动性主要表 现为以一定的频率和波长在空间传递，反映了物质运动的连续性；它的粒子性主要表现为以 光子形式辐射和吸收时具有一定的质量，能量和动量，反映了物质运动的分立性。11、X射线的应用有哪些？随着实验技术的发展，X射线衍射的应用面越来越宽，用它研究的物质结构的深度也越 来越深。由于它简单易行，包含的信息丰富，除包含晶体结构本身的信息外，还包含晶体中 的各种缺陷及多晶聚集体的结构信息，如相结构、晶粒尺寸与分布、晶粒取向、应力等众多 信息。X 射线的应用主要有以下几种：（一）晶体结构分析；XRD （即X射线衍射）是人类用来研究物质微观结构的第一种方法。自Debye-Sherre

14、r 发明粉末衍射以来，已有90多年的历史。在这漫长的岁月中，它在晶体结构分析，特别是 多晶聚集态的结构（相结构、晶粒大小、择优取向和点阵畸变等）方面作出了巨大的贡献。 成为当今材料研究中不可缺少的工具。粉末衍射法常用于晶体结构分析，测定晶胞参数，甚 至点阵类型，晶胞中原子数和原子位置。如测定晶胞参数在研究固态相变、确定固溶体类型、 测定固溶体溶解度曲线、测定热膨胀系数等方面，都得到了很大的应用。晶胞参数测定是通 过X射线衍射线位置（0）的测定而获得的，通过测定衍射图谱中每一条衍射线的位置均可 得出一个晶胞参数值。（二）物相定性分析；X射线物相定性分析，是指用X射线衍射数据对样品中存在的物相（而

15、不是化学成分 中的元素构成）进行鉴别。任何结晶物质都有其特定的晶体结构参数，当 X 射线通过晶体 时，产生特定的衍射图形，即衍射谱线，不同物质混在一起时，它们各自的衍射数据将同时 出现，互不干扰地叠加在一起。因此，可根据各自的衍射数据来鉴定各种不同的物相。XRD 物相定性分析是将样品的衍射数据与已知物相的衍射数据或图谱进行对比，一旦 二者相符，则表明待测物相与已知物相是同一物相。XRD 物相定性分析常用的比较方法如下：（1） 图谱直接对比法（2） 数据对比法（3） 计算 机自动检索法。（三）物相定量分析；XRD物相定量分析，就是测定混合物相中各相的相对含量。是在完成了样品的XRD物 相定性分析

16、工作的基础上，利用衍射花样中待测相衍射强度，分析每个相在样品中的重量百 分含量的技术。XRD物相定量分析方法的前提是XRD物相定性分析。在进行定量分析之前， 必须对混合物所含物相准确定性。对于多相混合物而言，由于物质吸收的影响，各相的吸收系数不同，从而使各相衍射强 度与其含量不呈线性关系。这种由于基体吸收而引起的衍射强度与质量分数不呈线性关系的 现象称为基体吸收效应，简称基体效应。由于基体效应的存在，物相衍射线强度与相含量不 呈简单的线性关系。因此XRD物相定量分析时必须消除基体效应m）的影响。XRD物相定量分析方法：1.内标法；2. K值法（基体清洗法）；3.绝热法（自清洗 法）（四）晶粒大小分析；（五）结晶度分析；（六）宏观应力和微观应力分析；（七）择优取向分析；1