X射线衍射实验样品制备要求

关键词：生料荧光试验室 X射线

X射线衍射实验样品制备要求（共8篇）

篇1：X射线衍射实验样品制备要求

X射线衍射实验样品制备要求

1.金属样品如块状、板状、圆拄状要求磨成一个平面，面积不小于10X10毫米，如果面积太小可以用几块粘贴一起。

对于片状、圆拄状样品会存在严重的择优取向，衍射强度异常。因此要求测试时合理选择响应的方向平面。

对于测量金属样品的微观应力（晶格畸变），测量残余奥氏体，要求样品不能简单粗磨，要求制备成金相样品，并进行普通抛光或电解抛光，消除表面应变层。

2.粉末样品要求磨成320目的粒度，约40微米。粒度粗大衍射强度底，峰形不好，分辨率低。要了解样品的物理化学性质，如是否易燃，易潮解，易腐蚀、有毒、易挥发。

粉末样品要求在3克左右，如果太少也需5毫克。样品可以是金属、非金属、有机、无机材料粉末。

X射线光电子能谱

1.样品的大小

块状样品和薄膜样品，其长宽最好小于10mm, 高度小于5 mm。对于体积较大的样品则必须通过适当方法制备成合适大小的样品。但在制备过程中，必须考虑处理过程可能对表面成分和状态的影响。2.粉体样品

对于粉体样品有两种常用的制样方法。一种是用双面胶带直接把粉体固定在样品台上，另一种是把粉体样品压成薄片，然后再固定在样品台上。前者的优点是制样方便，样品用量少，预抽到高真空的时间较短，缺点是可能会引进胶带的成分。后者的优点是可以在真空中对样品进行处理，如加热，表面反应等，其信号强度也要比胶带法高得多。缺点是样品用量太大，抽到超高真空的时间太长。在普通的实验过程中，一般采用胶带法制样。3.含有有挥发性物质的样品

对于含有挥发性物质的样品，在样品进入真空系统前必须清除掉挥发性物质。一般可以通过对样品加热或用溶剂清洗等方法。4.带有微弱磁性的样品

由于光电子带有负电荷，在微弱的磁场作用下，也可以发生偏转。当样品具有磁性时，由样品表面出射的光电子就会在磁场的作用下偏离接收角，最后不能到达分析器，因此，得不到正确的XPS谱。此外，当样品的磁性很强时，还有可能使分析器头及样品架磁化的危险，因此，绝对禁止带有磁性的样品进入分析室。一般对于具有弱磁性的样品，可以通过退磁的方法去掉样品的微弱磁性，然后就可以象正常样品一样分析。

拉曼光谱

获得拉曼光谱可以采用下述任一物质态：结晶态、无定形、液体、气体或等离子体。液体能够在玻璃管或石英管中直接测定。为了获得较大的拉曼散射强度，通常使照射在样品上的入射光与所检测的拉曼散射光之间的夹角为 0°、90°和 180°。样品池的放置可有多种方式。

除另有规定外，一般用作鉴别的样品不必制样，用作晶型、异构体限度检查或含量测定时，供试品的制备和具体测定方法可按各品种项下的有关规定操作。

表面增强拉曼光谱和显微拉曼光谱的测定需要某些特殊的制样技术。为防止样品分解常采用的一种办法是旋转技术，利用特殊的装置使激光光束的焦点和样品的表面做相对运动，从而避免了样品的局部过热现象。样品旋转技术除能防止样品分解外，还能提高分析的灵敏度。

红外吸收光谱（紫外吸收光谱、分子发光分析）

固体试样制备：压片法，糊装法，溶液法，薄膜法液体试样制备：液体池法，液膜法。液体试样制备：气体吸收池

（这三个我看网上说样品制备的方法是一样的，单独的紫外和分子发光的样品制备在网上没找到，我在找一找）

电学分析法

样品不需要制备.只需要注意一下几点

1.样品表面保持清洁，否则电极不易焊，并且接触不好。

2.方形样品，5 mm<边长<30 mm，厚度小于4 mm。（不同样品架支持不同尺寸）3.压持和取出样品时要小心，不要损坏探头。4.磁铁要轻拿轻放，避免磕碰。

热分析法

1.样品的质量：一般来说，塑料样品的TGA和DSC测试因密度不同样品量在3-12mg即可，但有时DSC测试一些玻璃化转变不明显的样品时，样品量可加大到12-20mg。

2.样品的形状 2.1粉末样品

粉状样品的取样和制样相对简单，用小勺子取样然后平铺在坩埚内即可，需要注意的是加样到坩埚的时候不能洒落到外壁。

2.2颗粒样品

一般粒料在长度方向和径向分别剪裁制样得到的测试结果差别不大，但玻纤增强等类似的颗粒在进行TGA分析的时候建议沿取向的垂直方向剪裁（尤其是需要得到残余质量的时候）。

2.3片状样品

片状样品可用刀片或水口钳直接裁取合适的尺寸。

2.4薄膜样品

薄膜样品一般较为轻柔，撤去压缩力后样品会舒展，对DSC测试，可以将样品用剪刀剪成略小于坩埚底部尺寸的小片，然后用几片叠加，对于TG测试也可用小片叠加的办法，另外，还可以在垫了铝箔的一定温度热台上使样品受热蜷缩成团。

2.5制件样品

对于制件样品，特别是大型制件样品，近浇口位置、远浇口位置与中间位置的样品情况会有差别，因此一定要明确取样的位置，在作横向比较的时候建议都取相同位置的样品。

2.6不规则形状样品

对于一些形状不规则的样品，有些操作者喜欢先热压成片，因为这样操作样品与坩埚底部的接触要紧密很多。对于这样的操作我们不能简单地以对或错来加以判断，主要取决于测试目的。热压肯定会对样品产生新的热历史，将样品的成型加工信息掩盖，最明显的例子是淬火PET，热压后它的冷结晶峰会减小甚至消失。

篇2：X射线衍射实验样品制备要求

摘要：

本实验通过了解到X射线的产生、特点和应用；理解X射线管产生连续X射线谱和特征X射线谱的基本原理，了解D8xX射线衍射仪的基本原理和使用方法，通过分析软件对测量样品进行定性的物相分析。

关键字：布拉格公式晶体结构，X射线衍射仪，物相分析

引言：

X射线最早由德国科学家W.C.Roentgen在1895年在研究阴极射线发现，具有很强的穿透性，又因x射线是不带电的粒子流，所以在电磁场中不偏转。1912年劳厄等人发现了X射线在晶体中的衍射现象，证实了X射线本质上是一种波长很短的电磁辐射，其波长约为10nm到10–2nm之间，与晶体中原子间的距离为同一数量级，是研究晶体结构的有力工具。物相分析中的衍射方法包括X射线衍射，电子衍射和中子衍射三种，其中X射线衍射方法使用最广，它包括德拜照相法，聚集照相法，和衍射仪法。

实验目的：1.了解X射线衍射仪的结构及工作原理

2.熟悉X射线衍射仪的操作

3.掌握运用X射线衍射分析软件进行物相分析的方法

实验原理：

（1）X射线的产生和X射线的光谱

实验中通常使用X光管来产生X射线。在抽成真空的X光管内，当由热阴极发出的电子经高压电场加速后，高速运动的电子轰击由金属做成的阳极靶时，靶就发射X射线。发射出的X射线分为两类：（1）如果被靶阻挡的电子的能量不越过一定限度时，发射的是连续光谱的辐射。这种辐射叫做轫致辐射；（2）当电子的能量超过一定的限度时，可以发射一种不连续的、只有几条特殊的谱线组成的线状光谱，这种发射线状光谱的辐射叫做特征辐射。对于特征X光谱分为

（1）K系谱线:外层电子填K层空穴产生的特征X射线Kα、Kβ…

（2）L系谱线:外层电子填L层空穴产生的特征X射线Lα、Lβ…如下图1

图1 特征X射线 X射线与物质的作用

X射线与物质相互作用产生各种复杂过程。就其能量转换而言，一束X射线通过物质分为三部分：散射，吸收，透过物质沿原来的方向传播，如下图2，其中相干散射是产生衍射花样原因。

图2

X射线与物质的作用

晶体结构与晶体X射线衍射

晶体结构可以用三维点阵来表示。每个点阵点代表晶体中的一个基本单元，如离子、原子或分子等。

空间点阵可以从各个方向予以划分，而成为许多组平行的平面点阵。因此，晶体可以看成是由一系列具有相同晶面指数的平面按一定的距离分布而形成的。各种晶体具有不同的基本单元、晶胞大小、对称性，因此，每一种晶体都必然存在着一系列特定的d值，可以用于表征不同的晶体。

X射线波长与晶面间距相近，可以产生衍射。晶面间距d和X射线的波长的关系可以用布拉格方程来表示

2dsinθ＝nλ

根据布拉格方程，不同的晶面，其对X射线的衍射角也不同。因此，通过测定晶体对X射线的衍射，就可以得到它的X射线粉末衍射图。如下图3就是衍射仪的图谱。

图3 X射线衍射图谱物相鉴定原理

任何结晶物质均具有特定晶体结构（结构类型，晶胞大小及质点种类，数目，分布）和组成元素。一种物质有自己独特的衍射谱与之对应，多相物质的衍射谱为各个互不相干，独立存在物相衍射谱的简单叠加。

衍射方向是晶胞参数的函数（取决于晶体结构）；衍射强度是结构因子函数（取决于晶胞中原子的种类、数目和排列方式）。任何一个物相都有一套d-I特征值及衍射谱图。因此，可以对多相共存的体系进行全分析。也就是说实验测得的图谱与数据库中的已知X射线粉末衍射图对照，通过两者的匹配性就可以确定它的物相。

实验仪器

本实验中使用的是德国布鲁克公司D8 X射线衍射仪

其核心部件是：

1）高压发生器与X光管

2）精度测角仪与B-B衍射几何

3）光学系统及其参数选择对采

集数据质量影响

4）探测器

5）控测、采集数据与数据处理

仪器设计原理：R1=R2=R ,试样转θ角，探测器转2θ角（2θ/θ偶合）或试样不动，光管转θ，探测器转θ（θ/ θ偶合），其基本结构原理图如下图4

图4 X射线衍射仪设计原理

聚焦圆随衍射角大小而变化，衍射角越大、聚焦圆半径越小，当2θ=0，聚焦圆半径r=∞；当2θ=1800时，r=R/2,且r = R/2sinθ。

实验步骤

一，样品制备

将待测粉末样品在试样架里均匀分布并用玻璃板压平实，使试样面与玻璃表面齐平，二，D8 X射线衍射仪使用测量衍射图谱 1.按照D8 X射线衍射仪操作规程开机。（1）开总电源。（2）开电脑。（3）开循环水。

（4）开仪器电源（按绿色按钮，由4灯全亮变成ON和ALARM灯亮）。

（5）开X-ray高压（右侧扳手顺时针向上扳45度保持3~5秒，直到Ready灯亮）。

（6）开BIAS（在前盖盘内）。

2，开软件XRD Commander。在XRD Commander里升电压和电流，每隔30秒加5kV直到40kV；然后加电流，每隔30秒加5mA直到40mA。如果停机2天以上最好做光管老化：点击D8 Tools主界面/X-ray generator，点击工具栏里的utilities/X-ray.../Tube condition ON/OFF，在右下角的状态栏出现Tube condition ON，电压和电流会逐步升到50kV-5mA。大概需要1小时，等电压和电流回到20kV-5mA，点击Tube condition ON/OFF老化结束。（老化过程可随时终止：点击Tube condition ON/OFF即可。）

打开XRD Commander，先初始化（点击两个轴上面的选项Requested，选定两个轴，使Tube为20，Detector为20，点击菜单里的初始化图标进行初始化）。做物相分析在Scantype中选Locked Coupled，并且在Detail中将探测器改为1D。在XRD Commander中选择各参数（起始角、终止角、步长等）开始测量。即可获得一张衍射图谱，将其保存为*.raw文件。对于未知的样品：首先，扫描范围

0.10~900，步长大些，快速扫描。然后，参照第前面的谱线，把扫描起始角放在第一个峰前一点，把终止角放在最后一个峰后一点。对于一般定性分析用连续扫描。对于定量分析（例如无标样定量相分析等）对强度要求高，就用步进扫描。3.按照D8 X射线衍射仪操作规程关机。

（1）在软件里降高压。在软件XRD Commander里将高压调到20kV~5mA，点击“Set”。

（2）关软件XRD Commander。

（3）关X-ray高压（右侧扳手逆时针向上扳45度），再等5分钟。（4）关仪器电源（按红色按钮）。

（5）关循环水（关仪器电源后迅速关水）。（6）关BIAS（在前盖盘内）。（7）关电脑。（8）关总电源。

三，Eva软件对图谱处理进行物相分析

（1）将待处理的数据文件导入。点击File/Import/Scan调入原始数据文件*.raw进行处

（2）在ToolBox框内进行数据处理。i)扣背景：点击Backgnd/点击Default/点击Replace，显示扣背景处理后的数据（也可以点击Backgnd，把门槛threshold改为“0”，上下移动滑块，调整至合适背景，点击“Replace”，显示扣背景处理后的数据）。

ii)删除k：点击Strip k/点击Default/点击Replace，显示处理后的数据（也可以上下移动滑块调整至合适，单击Replace，显示处理后的数据）。

iii)平滑处理：单击Smooth/点击Default/点击Replace，显示处理后的数据（也可以设定需要平滑的参数，左右或上下移动滑块进行调整，合适后单击Replace，显示处理后的数据）。

iv)寻峰：点击Peak Search，设定寻峰参数（门槛threshold与峰宽Width标定，可以上下移动滑块进行调整）。点击“Append to list”标定全谱衍射d值（标定漏峰只需按左键将“↓”拖移至峰顶点击即可，删除峰可点击删除峰与“×”即可），此时数据在peak状态列于框内。

（2）选定所有的峰，单击Made DIF生成DIF文件。

（4）物相的定性分析：点击Search/Match。在Search/Match框内选择前三个Quality Marks，选择可能的元素，并选择Pattern，点击Search进行检索/匹配。（先选Toggle All/点击左上角的元素“H”可以将所有的元素变为红色，即肯定没有。/选择肯定有的点成绿色。/选择可能有的点成灰色。红色肯定没有。）。最后根据列表给出的可能物质通过比较卡片内的谱线和实际测量出谱线的吻合程度来确定组成成分，也就完成了X射线衍射的初步分析工作。

实验数据处理：

（1）对Fe和Cu样品，其中可能氧化有氧，实验初步测量结果图如下

图5 样品1的测量谱线

通过实验软件，定性分析出其中有Fe2O3,，CU2+1O，以及alpha Fe2O3,。其图谱与测量的匹配性如下；

对于alpha Fe2O3，其谱线与测量谱线的吻合度如下图6，蓝色线为alpha Fe2O3的谱线

图6 alpha Fe2O3谱线与测量谱线的匹配

可以看出有几个明显的峰吻合，可以判断样品中含有alpha Fe2O3

对于Fe2O3,其蓝色谱线与测量谱线的吻合度如下图7；

图7 Fe2O3谱线与测量谱线的吻合

同样可以看出。有几个小峰与测量谱线重合，样品中存在Fe2O3 对于CU2+1O的蓝色谱线与测量谱线的吻合度如下图8

图8

CU2+1O的谱线与测量谱线的吻合

可以看出，几个特别强的峰均与CU2+1O吻合，可以说样品中含有CU2+1O。综上和三者谱线之和与测量谱线的吻合度，可以看出，三种样品的图谱基本上把所有的峰都匹配了，如下图9

由此基本上可以定性分析出样品中的物质是Fe2O3,，CU2+1O，以及alpha Fe2O3

（2）Mg和Si样品，其中可能氧化有O，其实验测量的谱线图如下

图10 样品2的测量谱线

同样通过分析软件，可以分析出样品中只含Mg和Si两种物质，其各自的匹配性如下：

Mg的蓝色谱线与测量谱线的吻合度：

2.Si的蓝色谱线与测量谱线的吻合度：

3.综合Si和Mg两者谱线和与测量谱线的吻合度如下图，可以基本看出，测量谱线所有的峰都被匹配了。

从此图可以基本上定性分析出该样品中只含有Mg和Si.实验讨论

物相鉴定方法特点与注意点

不是单纯的元素分析，能确定组元所处的化学状态（式样属何物质，那种晶体结构，并确定其化学式）。

可区别同素异构物相，尤其是对多型、固体有序-无序转变的鉴别。样品由多组份构成时，可区别是固溶体或是混合相（多组份物相）。

可分析粉末状、块状、线状试样。样品易得，耗量少，与实体系相近，应用非常广泛。

物相必是结晶态，可检出非晶物。

微量相（如<1%wt）物相鉴定可利用物理化学电解分离萃取富集办法，如无法萃取可加大辐射功率，使有可能出现3条衍射峰，即可鉴定物相，如辅之以其它方法更有利判定物相。

对分析模棱两可的物相分析，借助试样的历史（如试样来源、化学组分、处理情况等），或者借助其它分析手段如化学分析、金相、电镜等）进行综合判断是绝对必要的。最终人工判断才能得出正确结论

实验思考

（1）X射线在晶体上产生衍射的条件是什么？

由Bragg 公式

可以知道，n最小取1，因而2d>=λ,也就是说满足2d>=λ 时，X射线在晶体上产生衍射。

（2）为什么衍射仪记录的始终是平行于试样表面的衍射？

对一些（hkl）晶面满足布拉格方程产生对于粉末多晶体试样，在任何方位上总会反射，而且反射是向四面八方的。但是那些平行于试样表面的（hkl）晶面满足入射角=衍射角=θ的条件，此时衍射线夹角为（π－2θ)，(π－2θ)正好为聚焦圆的圆周角，由平面几何可知，位于同一圆弧上的圆周角相等，所以，位于试样不同部位平行于试样表面的（hkl）晶面，可以把各自的衍射线会聚到F点(由于S是线光源，所以F点得到的也是线光源)，这样便达到了聚焦的目的。由此可以看出，衍射仪的衍射花样均来自与试样表面相平行的那些反射面的反射。（3）不平行表面的晶面有无衍射产生？

对于不平行于表面的晶面有衍射产生，只是不被接受器接受到，因而实验中观测不到。

（4）实验中使用的样品的颗粒度有无要求？为什么

对于实验中样品，粉晶、块状样均可,表面平整，但是小颗粒可改善强度再现性。粒的大小影响着样品衍射的最大相对强度及其对峰位的变化，对衍射峰位影响不是很大

晶粒的粒径越小，衍射峰的峰高强度就越低，但过小粒径的晶粒不能再近似看成具有无限多晶面的理想晶体，因其对X射线的弥散现象严重，表现在峰强变弱，峰变宽。

（5）用衍射仪如何区分单晶、多晶和非晶

对于非晶体，X射线衍射仪不产生衍射光谱，而对于单晶，产生的是一些不连续光谱，多晶产生的是连续性光谱，由此可以区分出单晶，多晶和非晶。

参考文献：

《近代物理实验》第二版

篇3：X射线衍射实验样品制备要求

1 实验原理

用高能电子束轰击金属“铜靶”产生X射线,X射线波长在10-2nm之间,它与晶体中原子间的距离为同一数量级,因而当照射到原子有序排列的晶体时,就会发生类似于可见光入射到光栅时的衍射现象,衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强,在其他方向上减弱。1913年,英国科学家父子H.布拉格和L.布拉格发现,当一束单色X射线照射到某一结晶物质上时,由于晶体中原子的排列具有周期性,当某一层原子面的晶面间距d与X射线入射角θ之间满足2dsinθ=nλ时,就会产生衍射现象。

在符合布拉格方程的条件下,将在反射方向上得到因叠加而加强的衍射线。当X射线波长λ已知时(选用固定波长的特征X射线),采用细粉末或细粒多晶体的线状样品,可从一堆任意取向的晶体中,从每一入射角角θ符合布拉格方程条件的反射面得到反射角θ,利用布拉格方程即可确定点阵晶面间距。由于任何一种晶体都有特定的点阵类型、晶胞大小等结构参数,这些参数与θ和I之间一一对应,因此,就可以通过衍射图样确定、分析晶体的物相。通常,实验中用晶面间距d(或衍射角2θ)为横坐标,衍射相对强度I为纵坐标,电脑绘制X射线衍射图谱,通过对比标准X射线衍射图谱(即θ-I数据),就能够确定晶体的物相,如同根据指纹来鉴别人一样。

2 实验仪器与实验条件

本实验使用的仪器是德国布鲁克(AXS)公司生产的型号D8discover衍射仪,如图2所示,它主要由X射线发生器(即X射线管)、测角仪、X射线探测器、计算机控制处理系统等组成,其基本工作原理图如3所示。其工作区域可以分为三部分:中间是X光管,左部是监控区,右部是实验区,可做各种实验,其中A1是X光的出口,A2是安放晶体样品的靶台,可通过测角器分别测出转过的角度,为衍射仪的核心部分,A3是装有计数管的传感器。。实验时管电压40KV,管电流40m A;X光管为铜靶,波长1.5417A;步长0.06°,扫描速度0.3s;扫描范围为20°~80°。

3 实验步骤

首先,将制备好的粉末样品A、B、C放入衍射仪样品台,关闭防护罩;检查X光管窗口关闭及管电流管电压表指示在最小位置;接通总电源,打开稳压电源。

第二步,开启总电源,等待几分钟后打开X射线衍射仪计算机应用软件,设置管电压、管电流至需要值,设置衍射条件及参数,开始样品测试,完毕后自动保存测试数据,取出样品,关闭电源。

最后,根据测试获得的待分析试样的XRD图谱,与保存在计算机中的数据库(物相检索JCPDS衍射数据)进行对比,列出检索物相表,分析待测样品主要成分、晶型及晶胞参数。

4 实验数据与结果分析

实验数据采集是自动的,当在X射线装置中按下“SCAN”键进行自动扫描时,软件将自动采集数据并显示结果。工作区域左边显靶台的角位置θ和传感器中接收到的X光光强I的数据,通过数据计算机利用MATLAB软件模拟X射线衍射图谱即2θ-I的曲线图。实验得到的A、B样品的X射线衍射图谱即2θ-I曲线图如图3,图4所示。

分析表1可知:该样品的晶胞参数a=b=c=5.63,α=β=γ=90°,为立方晶系,样品A为Fe2Si V晶体。

分析表2可知:该样品的晶胞参数a=3.5899,b=3.5899,c=4.916;α=90°,β=90°,γ=120°,六方晶系,样品B为Ca(OH)2晶体。

5 结论

5.1 实验使用X射线衍射仪分别测定了两种未知样品的X射线衍射图谱,并使用相关软件对实验结果进行物相检索。

结果显示未编号粉末样品A、样品B分别为立方晶系Fe2Si V和六方晶系Ca(OH)2。

5.2 任何一种结晶物质的衍射数据必然反映其晶体结构。

因此,通过实验测定其衍射数据就可以分析每一种晶体的物相。但是,由于晶体在生长过程中受结晶条件影响可形成不同晶型的晶体,因此,在使用X射线衍射仪对样品进行测定时发现,制样过程中粉末样品装填过紧可能会引起晶体择优取向,从而为实验结果带来误差。这就需要实验时要控制好实验条件,尽量减小外在条件对实验结果产生的误差,并严格遵守操作步骤。

参考文献

[1]马礼敦.x射线晶体学的百年辉煌[J].物理学进展,2014,34(2):47-117.

篇4：X射线衍射实验样品制备要求

关键词：X射线衍射物相分析应力结晶度

中图分类号：TB302 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）12（a）-0020-01

自从伦琴发现了X射线，随后X射线被用于表征晶体的结构和物质的物相。当X射线通过某种物质时，会产生不同的衍射花样，该衍射花样可用于表征物质的晶体结构。随着现代科学技术的发展，X射线衍射技术的不断进步，在材料探测方面取得了重要进展，X射线衍射技术可以对晶体、非晶体、人工器件和生物有机体等材料的结构进行分析和表征，该技术为材料科学的发展提供了一种重要的结构表征手段。

1 X射线衍射基本原理

X射线是一种波长较短的电磁波，波长在10-10～10-12 m之间，X射线一般由X射线光管产生，在一根封闭的真空管中，在管子的阴极和阳极施加一个高电压，从阴极发射出的电子流在高压作用下被加速，高速电子流轰击阳极金属靶产生X射线。当一束单色的X射线照射到晶体上时，由于晶体物质是由规则排列的原子构成，规则排列的原子间的距离与X射线波长相当，经不同原子散射的X射线相互干涉，X射线在某些特殊方向上被加强，衍射线方位和强度的空间分布与晶体结构密切相关，不同晶体结构的物质具有各自独特的衍射花样，这就是X射线衍射的基本原理[1]。

1913年，英国物理学家布拉格父子提出了可以反映衍射空间方位和晶体内部结构关系的布拉格方程：

（1）

式中d为晶体的晶面间距，n为任意正整数，θ为掠射角，λ为X射线波长。

2 X射线衍射技术在材料分析中的应用

2.1 物相分析

任何一种晶体都有自己特定的点阵类型、晶胞大小、晶胞中原子的位置和数目等结构参数，这些特定的结构与X射线的衍射角θ和衍射强度I存在某种对应关系。因此，当X射线在晶体中发生衍射时，不同的晶体对应不同的衍射花样，不存在衍射花样完全相同的两种物质。对于自然界中存在的结晶物质，在一定的规范的测试条件下，对所有物质进行X射线衍射测试，得到所有物质的标准X射线衍射花样（即I-2θ曲线），各种已知晶体的X射线衍射花样的收集、校订、编辑和出版工作是由“粉末衍射标准联合委员会（JCPDS）”负责，每一种晶体的X射线衍射花样被制成一张卡片，称为粉末衍射卡（简称PDF卡），X射线物相分析就是利用PDF卡片进行物相检索和分析的。要对某种未知样品进行物相分析时，首先利用X射线衍射仪测试出该样品的X射线衍射花样，然后将实验测试X射线衍射花样与数据库中标准的X射线衍射花样进行对比，如果该样品是一种单相物质，通过对比可以直接确定该样品的物相；如果该样品是由多种晶体构成，则可以在所测重叠的衍射花样中将各种晶体的衍射花样逐一剥离出来，从而确定出该样品的物相构成。

2.2 应力的测定

薄膜的性能与其化学成分、微结构、表形貌及残余应力等多种因素密切相关。研究表明，残余应力对薄膜的电磁学和力学性能及其使用寿命都有重要影响。准确测量薄膜的残余应力是薄膜应用的基础，在科学和技术方面具有重要的意义。薄膜残余应力的测试方法主要包括中子衍射法、拉曼光谱法、压痕法、曲率法和X射线衍射法等。与其他方法相比，X射线衍射技术因其具有非破坏性、可测局部应力、可测表面应力、可区分应力类型、测量时无需使材料处于无应力状态等优点而成为一种比较理想的残余应力测试手段。于国建等[2]采用X射线衍射技术测试了金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术外延生长的GaN薄膜的应力情况，结果表明，GaN薄膜中存在压应力。

2.3 材料粒径的表征

纳米材料的性能与其粒径的尺寸密切相关。由于纳米材料颗粒尺寸较小，极易发生团聚，若采用粒度分析仪测试纳米材料的颗粒尺寸，得到的结果与其实际的颗粒尺寸差距较大。利用X射线衍射花样，根据谢乐公式可以测定纳米材料的平均颗粒尺寸。杨景景等[3]利用谢乐公式计算出溶胶-凝胶法制备Co掺杂ZnO薄膜的平均晶粒尺寸，并研究Co掺杂量对ZnO薄膜晶粒尺寸的影响。

2.4 结晶度的测定

结晶度是影响材料性能的重要参数。在一些情况下，物质结晶相和非晶相的衍射图谱往往会重叠。结晶度的测定主要是根据结晶相的衍射图谱面积与非晶相图谱面积的比，在测定时必须把晶相、非晶相及背景不相干散射分离开来。范雄等[4]利用X射线衍射仪测试了不同退火时间处理的聚丙烯的X射线衍射花样，并采用函数分峰法计算出样品中非晶峰和结晶峰比例关系，计算出不同退火处理条件下聚丙烯的结晶度，找出聚丙烯结晶度随退火时间的变化规律。

3 结语

X射线衍射技术已经渗透到物理、化学和材料科学等诸多领域，成为一种重要测试和分析方法。该文主要介绍了X射线衍射的基本原理以及X射线衍射技术在材料物相分析、应力测量、晶粒尺寸分析和结晶度计算等方面的应用。

参考文献

[1]范雄.金属X射线衍射学[M].北京：机械工业出版社，1998.

[2]于国建，徐明升，胡小波，等.SiC衬底上生长的GaN外延层的高分辨X射线衍射分析[J].人工晶体学报，2014，43（5）：1017-1022.

[3]杨景景，方庆清，王保明，等.Co掺杂对ZnO薄膜结构和性能的影响[J].物理学报，2007，56（2）：1116-1120.

篇5：实验九晶体X射线衍射

前言：

1914年诺贝尔物理学奖授予德国法兰克福大学的劳厄,以表彰他发现了晶体的X射线衍射。劳厄发现 X射线衍射是20世纪物理学中的一件有深远意义的大事，因为这一发现不仅说明了X射线的认识迈出了关键的一步, 而且还第一次对晶体的空间点阵假说作出了实验验证,使晶体物理学发生了质的飞跃。证明原子的真实性。从此以后, X射线学在理论和实验方法上飞速发展, 形成了一门内容极其丰，应用极其广泛的综合学科。X射线衍射技术是利用X射线在晶体.非晶体中衍射与散射效应，进行物相的定性和定量分析.结构类型和不完整性分析的技术，目前已经广泛使用。

由于X射线的波长位于0.001-10 nm之间，与物质的结构单元尺寸数量级相当，因此X射线技术成为物质结构分析的主要分析手段，广泛应用于物理学、化学、医学、药学、材料学、地质学和矿物学等学科领域。

实验目的：

1.理解晶体的基本概念和XRD的基本原理。2.了解并掌握X-射线衍射仪的结构和使用方法。3.熟悉定性相分析方法。

4.培养学生获得一定的独立工作能力和科学研究能力。

实验仪器：

DX-2500 型衍射仪由丹东方圆仪器有限公司制造，采用多CPU系统完成X射线发生器.测角仪控制及数据采集，精确地测定物质的晶体结构.点阵常数.物质定性和定量分析，安装相应附件能完成物质的织构.应力测定。1.X射线管

X射线管主要分密闭式和可拆卸式两种。广泛使用的是密闭式, 由阴极灯丝、阳极、聚焦罩等组成, 功率大部分在 1～2千瓦。可拆卸式X射线管又称旋转阳极靶,其功率比密闭式大许多倍, 一般为 12～60千瓦。常用的X射线靶材有 W、Ag、Mo、Ni、Co、Fe、Cr、Cu等。X射线管线焦点为 1×10平方毫米, 取出角为3～6度。

选择阳极靶的基本要求：尽可能避免靶材产生的特征X射线激发样品的荧光辐射，以降低衍射花样的背底，使图样清晰。2.测角仪

测角仪是粉末X射线衍射仪的核心部件，主要由索拉光阑、发散狭缝、接收狭缝、防散射狭缝、样品座及闪烁探测器等组成。

1）衍射仪一般利用线焦点作为X射线源S。如果采用焦斑尺寸为1×10平方毫米的常规X射线管，出射角6°时，实际有效焦宽为0.1毫米，成为0.1×10平方毫米的线状X射线源。

2）从S发射的X射线，其水平方向的发散角被第一个狭缝限制之后，照射试样。这个狭缝称为发散狭缝(DS)，生产厂供给1/6o、1/2o、1o、2o、4°的发散狭缝和测角仪调整用0．05毫米宽的狭缝。

3）从试样上衍射的X射线束，在F处聚焦，放在这个位置的第二个狭缝，称为接收狭缝(RS)．生产厂供给0.15毫米、0.3毫米、0.6毫米宽的接收狭缝。

4）第三个狭缝是防止空气散射等非试样散射X射线进入计数管，称为防散射狭缝(SS)。SS和DS配对，生产厂供给与发散狭缝的发射角相同的防散射狭缝。

5）S1、S2称为索拉狭缝，是由一组等间距相互平行的薄金属片组成，它限制入射X射线和衍射线的垂直方向发散。索拉狭缝装在叫做索拉狭缝盒的框架里。这个框架兼作其他狭缝插座用，即插入DS，RS和SS．

3.X射线探测记录装置

衍射仪中常用的探测器是闪烁计数器(SC)，它是利用X射线能在某些固体物质(磷光体)中产生的波长在可见光范围内的荧光，这种荧光再转换为能够测量的电流。由于输出的电流和计数器吸收的x光子能量成正比，因此可以用来测量衍射线的强度。

闪烁计数管的发光体一般是用微量铊活化的碘化钠(NaI)单晶体。这种晶体经X射线激发后发出蓝紫色的光。将这种微弱的光用光电倍增管来放大．发光体的蓝紫色光激发光电倍增管的光电面(光阴极)而发出光电子(一次电子)。光电倍增管电极由10个左右的联极构成，由于一次电子在联极表面上激发二次电子，经联极放大后电子数目按几何级数剧增(约106倍)，最后输出像正比计数管那样高(几个毫伏)的脉冲。4.计算机控制、处理装置

衍射仪主要操作都由计算机控制自动完成，扫描操作完成后，衍射原始数据自动存入计算机硬盘中供数据分析处理。数据分析处理包括平滑点的选择.背底扣除.自动寻峰.d值计算，衍射峰强度计算等。

实验内容：

1.测量室温下单晶硅样品、多晶ZnO粉末样品和多晶ZnO薄膜样品的XRD谱

首先熟悉样品架.样品台.X射线管.测量仪器和软件。把样品置于样品台上放好，开启仪器进行测量。多晶粉末试样必需满足这样两个条件：晶粒要细小，试样无择优取向(取向排列混乱)。所以，通常将试样研细后使用。可用玛瑙研钵研细。对薄膜样品，要将其剪成合适大小，用胶带纸粘在支架上即可。2.物相定性分析

X射线衍射物相定性分析方法有以下几种：

a.三强线法：

（1）从前反射区（90°～20o）中选取强度最大的三根线，并使其d值按强度递减的次序排列。

（2）在数字索引中找到对应的d1(最强线的面间距）组。

（3）按次强线的面间距d2找到接近的几列。

（4）检查这几列数据中的第三个d值是否与待测样的数据对应，再查看第四至第八强线数据并进行对照，最后从中找出最可能的物相及其卡片号。

（5）从档案中抽出卡片，将实验所得d及I/I1跟卡片上的数据详细对照，如果完全符合，物相鉴定即告完成。

如果待测样的数据与标准数据不符，则须重新排列组合并重复（2）～（5）的检索手续。如为多相物质，当找出第一物相之后，可将其线条剔出，并将留下线条的强度重新归一化，再按过程（1）～（5）进行检索，直到得出正确答案。

b.特征峰法：

对于经常使用的样品，其衍射谱图应该充分了解掌握，可根据其谱图特征进行初步判断。例如在26.5度左右有一强峰，在68度左右有五指峰出现，则可初步判定样品含SiO2。

c.参考文献资料法：

在国内国外各种专业科技文献上，许多科技工作者都发表很多X射线衍射谱图和数据，这些谱图和数据可以作为标准和参考供分析测试时使用。

d.计算机检索法：

随着计算机技术的发展，计算机检索得到普遍的应用。这种方法可以很快得到分析结果，分析准确度在不断提高。但最后还须经认真核对才能最后得出鉴定结论。

实验原理和实验参数选择：

1.实验原理

英国物理学家布拉格父子把空间点阵理解为互相平行且面间距相等的一组平面点阵(或面网)，将晶体对X射线的衍射视为某些面网对X射线的选择性反射。从面网产生反射的条件出发，得到一组面网结构发生反射(即衍射)的条件，既布拉格方程。X射线有强的穿透能力，在X射线作用下晶体的散射线来自若干层原子面，除同一层原子面的散射线互相干涉外，各原子面的散射线之间还要互相干涉。这里只讨论两相邻原子面的散射波的干涉。它们的光程差为2dsinθ。当光程差等于波长λ的整数倍时，相邻原子面散射波干涉加强，即干涉加强条件为：λ=2dsinθ。

布拉格方程推导示意图

每一种结晶物质都有各自独特的晶胞参数和晶体结构。在已知波长λ的X射线辐射下，X光在物质的某晶面上产生衍射，并得到衍射曲线(横坐标为2θ, 单位：度˚；纵坐标为强度，单位：原子单位a.u.)。

根据布拉格(W.L.Bragg)方程λ =2dsinθ(θ为衍射角或布拉格角，单位：度)就可以计算出该物质的晶面距离 d值（单位：Å）。衍射线的绝对强度(I)和相对强度(I/I0 或 I/I1)同时给出。由于目前的仪器配有计算机操作系统，计算机可以根据衍射曲线进行数据处理，直接给出d.I值。

没有任何两种物质，它们的晶胞大小.质点种类及其在晶胞中的排列方式是完全一致的。因此，当x射线被晶体衍射时，每一种结晶物质都有自己独特的衍射花样，它们的特征可以用各个衍射晶面间距d和衍射线的相对强度I/I0来表征。其中晶面间距d与晶胞的形状和大小有关，相对强度则与质点的种类及其在晶胞中的位置有关。所以任何一种结晶物质的衍射数据d和I/I0是其晶体结构的必然反映，因而可以根据它们来鉴别结晶物质的物相。

非晶态的物质(或结晶度很低的物质)在已知波长X射线的辐射下，同样可以产生衍射，但得到的衍射曲线为一个或几个很宽的衍射峰。

2.实验参数选择 a.阳极靶的选择

选择阳极靶的基本要求：尽可能避免靶材产生的特征X射线激发样品的荧光辐射，以降低衍射花样的背底，使图样清晰。

必须根据试样所含元素的种类来选择最适宜的特征X射线波长(靶)．当X射线的波长稍短于试样成分元素的吸收限时，试样强烈地吸收X射线，并激发产生成分元素的荧光X射线，背底增高。其结果是峰背比(信噪比)P／B低(P为峰强度，B为背底强度)，衍射图谱难以分清。

X射线衍射所能测定的d值范围，取决于所使用的特征X射线的波长。X射线衍射所需测定的d值范围大都在10埃至1埃之间。为了使这一范围内的衍射峰易于分离而被检测，需要选择合适波长的特征X射线。一般测试使用铜靶，但因X射线的波长与试样的吸收有关，可根据试样物质的种类分别选用Co、Fe或C靶。此外还可选用钼靶，这是由于钼靶的特征X射线波长较短，穿透能力强，如果希望在低角处得到高指数晶面衍射峰，或为了减少吸收的影响等，均可选用钼靶。

b.管电压和管电流的选择

工作电压设定为3 ～ 5倍的靶材临界激发电压。选择管电流时功率不能超过X射线管额定功率，较低的管电流可以延长X射线管的寿命。

X射线管经常使用的负荷(管压和管流的乘积)选为最大允许负荷的80％左右。但是，当管压超过激发电压5倍以上时，强度的增加率将下降．所以，在相同负荷下产生X射线时，在管压为激发电压的约5倍以内时要优先考虑管压，在更高的管压下其负荷可用管流来调节．靶元素的原子序数越大，激发电压就越高。由于连续X射线的强度与管压的平方呈正比，特征X射线与连续X射线的强度之比，随着管压的增加接近一个常数，当管压超过激发电压的4～5倍时反而变小，所以，管压过高，信噪比P/B将降低，这是不可取得的。

c.发散狭缝的选择(DS)

发散狭缝(DS)决定了X射线水平方向的发散角，限制试样被X射线照射的面积。如果使用较宽的发射狭缝，X射线强度增加，但在低角处入射X射线超出试样范围，照射到边上的试样架，出现试样架物质的衍射峰或漫散峰，对定量相分析带来不利的影响。因此有必要按测定目的选择合适的发散狭缝宽度。生产厂家提供1/6°、1/2°、1°、2°、4°的发散狭缝，通常定性物相分析选用1°发散狭缝，当低角度衍射特别重要时，可以选用1/2°（或1/6°）发散狭缝。

d.防散射狭缝的选择（SS）

防散射狭缝用来防止空气等物资引起的散射X射线进入探测器，选用SS与DS角度相同。

e.接收狭缝的选择（RS）

生产厂家提供0.15mm、0.3mm、0.6mm的接收狭缝，接收狭缝的大小影响衍射线的分辨率。接收狭缝越小，分辨率越高，衍射强度越低。通常物相定性分析时使用0.3mm的接收狭缝，精确测定可使用0.15mm的接收狭缝。

f.滤波片的选择

Z滤 < Z靶－(1～2): Z靶 < 40, Z滤= Z靶－1, Z靶 > 40, Z滤= Z靶－2

g.扫描范围的确定

不同的测定目的，其扫描范围也不同．当选用Cu靶进行无机化合物的相分析时，扫描范围一般为90°～2°（2θ）；对于高分子，有机化合物的相分析，其扫描范围一般为60 ～2°；在定量分析点阵参数测定时，一般只对欲测衍射峰扫描几度。

h.扫描速度的确定

常规物相定性分析常采用每分钟2°或4°的扫描速度，在进行点阵参数测定，微量分析或物相定量分析时，常采用每分钟1/2°或1/4°的扫描速度。

操作步骤：

1.开启墙壁上的主电源开关。

2.按下仪器面板上的“绿色”power按钮，接通仪器电源。

3.检查水循环系统开关是否在“启动”或“运行”位置，是否正常运行。4.开启控制电脑。

5.按要求制备样品，粉末和薄膜表面要求与样品板表面保持同一平面。安装样品，如果有粉末样品洒落，一定注意及时清扫。

6.启动仪器控制系统软件，设定参数，电压和电流一般设定为40 kV，25 mA(如果增加功率,须经仪器负责人允许,但最大不要超过40 kV，40 mA!)，开始扫描。7.所有样品扫描结束，退出控制程序系统时，一定关闭高压。8.按下机器面板上的“红色”power按钮，将机器关闭。9.关闭墙壁上的主电源开关。

思考题：

篇6：X射线衍射实验样品制备要求

一、实验目的

1、掌握X射线衍射的基本原理；

2、了解X射线衍射仪的基本结构和操作步骤；

3、掌握X射线衍射分析的样品制备方法；

4、了解X射线的辐射及其防护方法

二、实验原理

根据晶体对X射线的衍射特征－衍射线的位置、强度及数量来鉴定结晶物质之物相的方法，就是X射线物相分析法。

每一种结晶物质都有各自独特的化学组成和晶体结构。没有任何两种物质，它们的晶胞大小、质点种类及其在晶胞中的排列方式是完全一致的。当X射线波长与晶体面间距值大致相当时就可以产生衍射。

因此，当X射线被晶体衍射时，每一种结晶物质都有自己独特的衍射花样，它们的特征可以用各个衍射晶面间距d和衍射线的相对强度I／I1来表征。其中晶面间距d与晶胞的形状和大小有关，相对强度则与质点的种类及其在晶胞中的位置有关。所以任何一种结晶物质的衍射数据d和I／I1是其晶体结构的必然反映，因而可以根据它们来鉴别结晶物质的物相。

三、实验设备

丹东方圆仪器有限公司的D2700型X射线粉末衍射仪一台；玛瑙研体一个；化学药品或实际样品若干（Li4Ti5O12）。

四、实验内容

1、采用玛瑙研体研磨样品，在玻璃样品架上制备一个合格试验样品；

2、选择合适的试验参数，获得XRD图谱一张；

3、理解样品、测试参数与XRD图谱特征的关系。

五、实验步骤

1、开机 1）打开总电源 2）启动计算机

3）将冷却水循环装置的机箱上的开关拨至运行位置，确认冷却水系统运行，水温正常（19-22℃）；

4）按下衍射仪ON绿色按键打开衍射仪主机开关 5）启动高压部分

（a）必须逐渐提升高压，稳定后再提高电流。电压不超过40kV，管电流上限是40mA，一般为30mA。

（b）当超过4天未使用X光管时，必须进行光管的预热。在25kV高压，预热10分钟；30kV，预热5分钟；35kV，预热5分钟。（c）预热结束关机后，至少间隔30分钟以上方可再次开机实验。6）将制备好的样品放入衍射仪样品台上； 7）关好衍射仪门。

2、样品测试

1）在电脑上启动操作程序

2）进入程序界面后，鼠标左键点击“测量”菜单，再点击“样品测量”命令，进入样品测量命令

3）等待仪器自检完成后，设定好右边的控制参数； 4）鼠标左键点击“开始测量”，保存输出文件； 5）此时仪器立即开始采集数据，并在控制界面显示；（a）工作电压与电流：一般设为40kV，40mA；（b）扫描范围：起始角度>5°，终止角度<80°；（c）步进角度：推荐0.02°，一般在0.02—0.06°之间；（d）采样时间：推荐1s，一般0.2—1.0s；（e）测量方式：步进测量；

6）采集数据结束后，开始测量键弹起，数据自动保存在制定的文件里；

7）如需测量下一个样品，则开启衍射仪门，换好样品后，再关闭衍射仪门。从样品测试步骤1开始重复。

3、关机

1）当所有样品测试完成后，点击控制界面退出键； 2）退出高压；

3）待仪器顶部的高压指示灯熄灭后，按下off红色按钮关闭衍射仪 4）5分钟后关闭水循环制冷装置，关闭总电源； 5）关闭电脑

六、实验结果

1、控制参数：步进测量，管电压40kV，管电流30mA，起始角度10°，终止角度80°，步进角度0.03°，采样时间0.2s；符合规范要求。

2、得到的Li4Ti5O12样品的衍射图谱为：

3、上述测量数据可供后续分析得到样品的成分。

七、注意事项

1、样品的粗细对衍射峰的强度有很大的影响，对粉末进行长时间的研磨，使样品的平均粒径在10微米左右，以保证有足够的晶粒参与衍射。

2、在制作样品过程中避免择优取向，制样时尽量轻压。

3、根据研究工作的需要选用不同的测量方式与测量参数，记录的衍射图谱不同，因衍射图谱上必须注明主要的实验参数条件。

4、一定要等待X射线关闸关闭后再打开X射线衍射仪的门，防止受到辐射损伤。实验二多晶粉末材料的X射线衍射物相定性分析

一、实验目的

1、掌握X射线衍射进行物相定性分析的原理

2、熟悉JCPDS卡片及其检索方法；

3、掌握多相物质进行相分析的方法和步骤。

二、实验原理

1、X射线衍射物相定性分析的原理

每一种结晶物质都有其特定的结构参数，包括点阵类型、晶胞大小、晶胞中原子的种类、数目及其位置等等，而这些参数在X射线的衍射图谱上均有所反映；

尽管物质的种类有千千万万，但却没有两种衍射花样完全相同的物质，图谱中衍射线的位置所反映的晶面间距及它们的强度(d-I系列)犹如人的指纹一样，是鉴别物相的依据。多相物质的衍射图谱, 是单相物质衍射图的简单叠加，任何物相都不会因其它物相的存在而改变其衍射特征。

2、JCPDS卡片

将已发现物质的衍射数据制成标准卡片，物相定性分析就成为简单的卡片检索与对照工作，一旦试样的衍射数据与标准衍射卡片相符，则其晶体结构和物理性能等便由卡片得知。1969年改由The Joint Committee on Powder Diffraction Standards(JCPDS)出版；称为PDF卡片。

三、实验设备丹东方圆仪器有限公司的D2700型X射线粉末衍射仪一台；衍射图谱；JCPDS卡片及索引；计算机，装有XRD定性分析软件。

四、实验内容

1、衍射花样测试，已在实验一测试完毕；

2、单物相鉴定实验

首先求出di和Ii/I1；根据待测相的衍射参数，得出三条强线的晶面间距值d1，d2，d3(包括误差）；根据d1值(或d2，d3)，在数值索引中检索适当d组，找出与d1，d2，d3值符合较好的一些卡片；把待测相的三条强线的d值和I/I1值与这些卡片上各物质的三强线d值和I/I1 值相比较，淘汰一些不相符的卡片，最后获得与实验数据一一吻合的卡片，卡片上所示物质即为待测物，鉴定工作完成。

五、结果分析

1、根据实验一的到的实验数据—衍射图谱：

2、通过MDI Jade5软件的PDF检索功能，PDF卡片索引建立后，处理上述数据，进行物相检索，得到以下结果：

可知：物相检索的结果是PDF#49-0207，物相为Li4Ti5O12，晶格常数a=b=c=8.3588A，符合实验，且得到以下详细数据：

六、实验结论

篇7：X射线衍射分析

1、了解X衍射的基本原理以及粉末X衍射测试的基本目的；

2、掌握晶体和非晶体、单晶和多晶的区别；

3、了解使用相关软件处理XRD测试结果的基本方法。实验原理

1、晶体化学基本概念

晶体的基本特点与概念：①质点（结构单元）沿三维空间周期性排列（晶体定义），并有对称性。②空间点阵：实际晶体中的几何点，其所处几何环境和物质环境均同，这些“点集”称空间点阵。③晶体结构=空间点阵+结构单元。非晶部分主要为无定形态区域，其内部原子不形成排列整齐有规律的晶格。

对于大多数晶体化合物来说，其晶体在冷却结晶过程中受环境应力或晶核数目、成核方式等条件的影响，晶格易发生畸变。分子链段的排列与缠绕受结晶条件的影响易发生改变。晶体的形成过程可分为以下几步：初级成核、分子链段的图1 14种Bravais点阵

表面延伸、链松弛、链的重吸收结晶、表面成核、分子间成核、晶体生长、晶体生长完善。Bravais提出了点阵空间这一概念，将其解释为点阵中选取能反映空间点阵周期性与对称性的单胞，并要求单胞相等棱与角数最多。满足上述条件棱间直角最多，同时体积最小。1848年Bravais证明只有14种点阵。晶体内分子的排列方式使晶体具有不同的晶型。通常在结晶完成后的晶体中，不止含有一种晶型的晶体，因此为多晶化合物。反之，若严格控制结晶条件可得单一晶型的晶体，则为单晶。

2、X衍射的测试基本目的与原理

X射线是电磁波,入射晶体时基于晶体结构的周期性，晶体中各个电子的散射波可相互干涉。散射波周相一致相互加强的方向称衍射方向。衍射方向取决于晶体的周期或晶胞的大小,衍射强度是由晶胞中各个原子及其位置决定的。由倒易点阵概念导入X射线衍射理论, 倒易点落在Ewald 球上是产生衍射必要条件。1912年劳埃等人根据理论预见，并用实验证实了X射线与晶体相遇时能发生衍射现象，证明了X射线具有电磁波的性质，成为X射线衍射学的第一个里程碑。当一束单色X射线入射到晶体时，由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成，这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有相同数量级，故由不同原子散射的X射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强X射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度，与晶体结构密切相关。这就是X射线衍射的基本原理。衍射线空间方位与晶体结构的关系可用布拉格方程表示：

2dsinn 式中d为晶面间距；n为反射级数；θ为掠射角；λ为X射线的波长。布拉格方程是X射线衍射分析的根本依据。

X 射线衍射(XRD)是所有物质，包括从流体、粉末到完整晶体，重要的无损分析工具。对材料学、物理学、化学、地质、环境、纳米材料、生物等领域来说，X射线衍射仪都是物质结构表征，以性能为导向研制与开发新材料，宏观表象转移至微观认识,建立新理论和质量控制不可缺少的方法。其主要分析对象包括：物相分析(物相鉴定与定量相分析)。晶体学（晶粒大小、指标化、点参测定、解结构等）。薄膜分析(薄膜的厚度、密度、表面与界面粗糙度与层序分析，高分辨衍射测定单晶外延膜结构特征)。织构分析、残余应力分析。不同温度与气氛条件与压力下的结构变化的原位动态分析研究。微量样品和微区试样分析。实验室及过程自动化、组合化学。纳米材料等领域。仪器与试剂

仪器型号及生产厂家：丹东浩元仪器有限公司DX-2700型衍射仪。测试条件：管电压40KV；管电流40mA；X光管为铜靶，波长1.5417Å；步长0.05°，扫描速度0.4s；扫描范围为20°～80°。试剂：未知样品A。4 实验步骤

1、打开电脑主机电源。

2、开外围电源：先上拨墙上的两个开关，再开稳压电源（上拨右边的开关，标有稳压）。

3、打开XRD衍射仪电源开关（按下绿色按钮）。

4、开冷却水：先上拨左边电源开关，再按下RUN按钮，确认流量在20左右方可。

5、开高压（顺时针旋转45°，停留5s，高压灯亮）。

6、打开XRD控制软件XRD Commander。

7、防光管老化操作：按照20KV、5mA；25KV、5mA；30KV、5mA；35KV、5mA；40KV、5mA；40KV、40mA程式分次设置电压、电流，每次间隔3分钟。设置方法：电压、电流跳到所需值后点set。

8、设置测试条件：设置扫描角度为3°~80°，步长0.05°，扫描速度0.4s。

9、点击Start开始测试。

10、降高压：将电压、电流分别降至20KV，5mA后，点击Set确认。

11、关高压：逆时针旋转45°，高压灯灭。

12、等待5min，再关闭冷却水，先关RUN，再关左边电源。

13、关闭控制软件（XRD Commander）。

14、关XRD衍射仪电源开关（按下红色按钮）。

15、关电脑。

16、关外围电源。实验数据及结果

本实验测定了一种粉末样品的XRD图谱并对测定结果进行物相检索，判断待测样品主要成分、晶型及晶胞参数。粉末样品的XRD图谱：

图2 未编号粉末样品X-Ray衍射图谱实验结果分析与讨论

数据处理：对图谱进行物相检索

结论：经过对样品谱图进行物相检索，发现该粉末样品中含有两种晶相，主相为Sr2CaMoO6,另外一种杂相为SrMoO4.7 思考题

1、简述X射线衍射分析的特点和应用。

答：X射线衍射仪具有易升级，操作简便和高度智能化的特点，灵活地适应地矿、生化、理化等多方面、各行业的测试分析与研究任务。X 射线衍射(XRD)是所有物质，包括从流体、粉末到完整晶体，重要的无损分析工具。对材料学、物理学、化学、地质、环境、纳米材料、生物等领域来说，X射线衍射仪都是物质结构表征，以性能为导向研制与开发新材料，宏观表象转移至微观认识,建立新理论和质量控制不可缺少的方法。其主要分析对象包括：物相分析(物相鉴定与定量相分析)。晶体学（晶粒大小、指标化、点参测定、解结构等）。薄膜分析(薄膜的厚度、密度、表面与界面粗糙度与层序分析，高分辨衍射测定单晶外延膜结构特征)。织构分析、残余应力分析。不同温度与气氛条件与压力下的结构变化的原位动态分析研究。微量样品和微区试样分析。实验室及过程自动化、组合化学。纳米材料等领域。

2、简述X射线衍射仪的工作原理。

篇8：X射线衍射实验样品制备要求

1 原料的准备

1.1 原料的采集

为避免基体效应的影响, 配制生料标准粉时用的原料要与生产时所用原料的种类和产地一致, 以保证基体相同。我公司采用4组分配料, 从石灰石、硅石、粉煤灰、铁矿石和硫酸渣中选择搭配。为了降低成本, 利用废渣, 我公司所用石灰石又分为石子和石粉两种, 石子质量较好, Ca O可达到50%以上, Mg O含量在1.8%左右;石粉中含杂质较多, Ca O含量在46%左右, Mg O含量在2.5%左右, K2O和Na2O的含量也较高。为了拉开所配生料各元素的含量范围, 分别采集质量较好的石子5kg和质量较差的石粉3kg作为配制生料标准粉的钙质原料。另外, 再采集硅石1kg、粉煤灰0.5kg、铁矿石0.5kg和硫酸渣0.5kg备用。

1.2 原料的制备

6种原料全部采回后, 首先将石子、硅石和铁矿石用颚式破碎机破碎至5mm以下, 再将6种物料全部在烘干箱内烘干。制样过程以石子为例:将约100g石子放入振动磨磨盘内 (铬钢磨盘) , 加5滴酒精后放入振动磨中粉磨120s, 将粉磨好的石子过0.08mm方孔筛, 弃去筛余物。反复如此, 直到将5kg石子全部制成过0.08mm方孔筛的料粉, 再用0.9mm方孔筛反复筛匀15遍, 以保证物料的均匀性。其余5种原料的制样过程均是如此。样品全部制好后分别装入密封桶内, 避免受潮, 贴上标签, 以备配制生料标准粉时使用。制样的方法不是单一的, 由于我公司筹备前期只购进了一台振动磨, 所以采用此方法。在制样设备齐全时, 也可以采用其它设备制样, 只要达到细度和均匀性要求即可。

1.3 原料的检验

X射线荧光分析仪是一种相对测量仪器, 它是通过测量已知化学分析结果的标样, 由计算机获得的特征X射线强度数据进行一系列的数学处理, 计算得出工作曲线。所以化学分析结果的准确与否直接影响荧光分析数据的准确性。由于我公司是新建企业, 化验室的筹备尚不完善, 分析用仪器设备也未完全进厂, 在当时不具备检验条件, 若送到邻近水泥厂检验, 又不能保证结果的准确性。为保证检验质量, 我公司把样品送到国家水泥质检中心进行检验, 以保证检验结果的准确性。原材料化学分析结果见表1。

2 生料的配制

按石灰石1∶石灰石2∶硅石∶粉煤灰∶硫酸渣=9∶757∶8.9∶0.1的比例配制生料A样3 300g;按石灰石1∶硅石∶铁矿石∶硫酸渣=87∶4∶8∶1的比例配制生料B样3 700g;按石灰石1∶石灰石2∶硅石∶粉煤灰∶硫酸渣=6320∶9.8∶1∶6.2的比例配制生料C样500g。A、B、C三个样品配制好后, 分别用0.9mm方孔筛筛匀15遍。再将A、B两个样品按A∶B分别为1∶9、2∶8、3∶7、3.56.5、4∶6、4.5∶5.5、1∶1、5.5∶4.5、6∶4、6.5∶3.5、7∶3和8∶2的比例配制2~13号生料样品各500g, 样品配好后分别用0.9mm方孔筛筛匀15遍, 将剩余的A样作为15号样, C样作为14号样, B样作为1号样, 把1~15号生料标准样品分别装入密封瓶内保存, 贴好标签。将15个生料标准粉送国家水泥质检中心进行检验, 检验数据见表2。

3 工作曲线的制作

3.1 样片的制备

样片的制作方法有两种, 一种是熔片法, 一种是压片法。目前大多数水泥企业采用的都是压片法, 因为此方法成本低、速度快、易操作, 适用于生产控制。缺点是此方法制成的样片存在较严重的颗粒效应, 容易影响测量结果的准确性。但是可以通过制定统一的粉磨时间、加适量的助磨剂来减少颗粒效应带来的误差。笔者经过多次试验, 最终确定为20g样品加4滴三乙醇胺粉磨120s后, 称出7g样品, 在压片机上设定压力15MPa, 保压15s, 用此方法制得的样片强度较高, 表面光滑无裂纹, 且测量数据的重复性较好。

3.2 曲线的回归

将配制好的15个生料样品制成样片, 按顺序分别放入X射线荧光分析仪中测量, 得出各元素的强度值和百分含量。利用Xpert Ease软件进行回归分析, 得出回归曲线 (回归曲线图略) , 各元素曲线回归数据见表3。

3.3 样品的重复性试验

为验证制样方法的重复性和样品的均匀性, 取同一个样品压制10个样片, 分别放入仪器中进行测量。以5号生料为例, 分析结果见表4。

4 生产应用

我公司2009年4月7日生料磨投产后即利用X射线荧光分析仪分析出的结果对生产进行控制, 同时荧光分析与化学分析进行了大量的对比试验, 对比结果见表5。

从表5中可以看出, 化学分析与荧光分析结果均在允许误差范围内, 完全可以满足生产控制的需求。

5 注意事项

配制生料标准粉时应注意以下几个方面:

1) 所选原料一定要与生产时所用原料一致, 以避免因基体效应带来误差。

2) 选择粉磨时间时要注意, 粉磨后的样品要全部通过0.08mm方孔筛, 但也不能时间过长产生过粉磨现象。

3) 在配制生料标准粉过程中要注意将物料充分混匀, 以避免因混合不均匀带入的误差。