第3章X射线多晶衍射法(2010).ppt

第3章
X射线衍射方法X射线衍射方法3.1多晶体衍射方法2.粉末法成像原理我们知道，当X射线照射到晶体上时，要产生衍射的必要条件是掠过角必须满足布拉格方程。由于晶体的晶面间距是固定的，采用单色X射线照射时，λ是也是固定的。因此，要使X射线产生衍射需通过改变θ角，以创造满足布拉格方程的条件。这可以通过转动晶体来实现。如在旋转法中。在粉末法中是通过另一种方式来达到这个目的的。由于粉末法的试样中存在着数量极多的各种取向的晶粒。因此，总有一部分晶粒的取向恰好使其（hkl）晶面正好满足布拉格方程，因而产生衍射线。由于这种取向的晶体在三维空间上都有。所以，产生的不仅仅是一条衍射线，而是一个衍射锥。衍射锥的顶角为4θ。据此，每一组具有一定晶面间距的晶面根据它们的d值分别产生各自的衍射锥，其4θ角当然是不同的。一种晶体就形成自己特有的一套衍射锥。我们可以通过各种方法记录下衍射锥的位置，即θ角和它们的强度。
根据记录方法的不同，粉末法分为二大类，即照相法和衍射仪法。
3.1粉末衍射图的获得2：衍射仪法衍射仪的思想最早是由布拉格提出来的。可以设想，在德拜相机的光学布置下，若有个仪器能接受衍射线并记录。那么，让它绕试样旋转一周，同时记录下旋转角和X射线的强度，就可以得到等同于德拜图的效果。
X射线衍射仪由X射线发生器、测角仪、X射线探测器、记录单元或自动控制单元等部分组成。下面以学院购置于2006年的荷兰菲利浦公司的X’PertPro型X射线粉末衍射仪为例，介绍衍射仪结构与工作原理。X射线衍射仪的结构1：X射线测角仪测
角
仪X射线衍射仪聚焦原理狭缝系统：由一组狭缝光阑和梭拉光阑组成（图3-32）。
狭缝光阑：发散狭缝a，防散射狭缝b和接收狭缝f。主要用于控制X射线的在水平方向的发散。
梭拉光阑：S1、S2。由一组水平排列的金属薄片组成，用于控制X射线在垂直方向的发散。
滤波片：滤掉Kβ射线，让Kα射线通过。X射线探测器固体探测器，也称为半导体探测器，采用半导体原理与技术，研制的锂漂移硅Si（Li）或锂漂移锗Ge（Li）固体探测器，固体探测器能量分辨率好，X光子产生的电子数多。固体探测器是单点探测器，也就是说，在某一时候，它只能测定一个方向上的衍射强度。如果要测不止一个方向上的衍射强度，就要作扫描，即要一个点一个点地测，扫描法是比较费时间。现已发展出一些一维的（线型）和二维（面型）阵列探测器来满足此类快速、同时多点测量的实验要求。所谓阵列探测器就是将许多小尺寸（如50μm）的固体探测器规律排列在一条直线上或一个平面上，构成线型或平面型阵列式探测器。阵列探测器一般用硅二极管制作。这种一维的（线型）或二维的（面型）阵列探测器，既能同时分别记录到达不同位置上的X射线的能量和数量，又能按位置输出到达的X射线强度的探测器。阵列探测器不但能量分辨率好，灵敏度高，且大大提高探测器的扫描速度，特别适用于X射线衍射原位分析。
X射线检测记录装置目前的衍射仪都用计算机将这些信号进行自动处理。如福州大学材料学院的日本岛津XD-5A型X射线粉末衍射仪经过改造，可由计算机控制和设定参数，以及图谱记录、处理。下图是计算机记录的图谱，横坐标为衍射峰位置2θ角，纵坐标为衍射峰强度的光子数量，以cps表示。试样制备A、将样品粉末填入样品板的窗孔或凹槽内，捣实并适当压紧，然后将高出样品极表面的多余部分用专用抹刀抹去即可。制作时一般不需和胶，只要样品粉末足够细，压紧适度，粉末即不会掉下。这种制样法制样简单，所需样品少，但容易产生样品的择优取向。
B、使用带窗孔的样品板，制样时可使样品板的正面朝下，其下垫置一块表面平整光滑的厚玻璃板，装入粉末，用刀尖将粉末捣实，再经适当压紧后即成。这种方法所需的样品数量较多。也会产生一定的择优取向。
C、粉末衍射标准联合委员会采用美国国家标准局（NBS）1971年提出的如下制样方法，以避免样品的择尤取向。它的样品板上所开的矩形槽一直延至左侧边缘（图4－11A）。装样时用一平玻片盖于样品板表面上，用夹子把两者夹住，从而在两者之间形成一段空心墙。然后使样品板侧向竖立，让样品粉末自由落下而装入矩形孔所形成的空心墙内（南大图4－11B）。最后放平样品板，小心地移去其上所复盖的玻片，样品即可使用。这种方法能较好的消除择优取向。但实际中不易操作。以上介绍的是平板式试样制备的基本方法。对一些特殊的样品可采用相似的方法，如当样品根少时，可将粉末和胶调匀徐在平玻片上制成。对一些多晶质的固体样品，如果其中的晶粒足够细，也可不必研磨成粉末。只要切磨出一个平整的面，且样品的大小合适即可。如一些金属块、陶瓷片。
2）制样中应注意的问题
A、样品样品粉末的粗细：样品的粗细对衍射峰的强度有很大的影响。要使样品晶粒的平均粒径在5μm左右，以保证有足够的晶粒参与衍射。B、样品的择优取向：