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1、第四讲射线衍射方法本讲稿第一页，共四十八页n n晶体学基本知识晶体学基本知识n nX X射线衍射原理射线衍射原理n nX X射线衍射分析方法射线衍射分析方法2 2本讲稿第二页，共四十八页X射线衍射的方法射线衍射的方法 n n2020世纪世纪世纪世纪5050年代以前的年代以前的年代以前的年代以前的X X射线衍射分析，绝大多数是利用底片来记射线衍射分析，绝大多数是利用底片来记射线衍射分析，绝大多数是利用底片来记射线衍射分析，绝大多数是利用底片来记录衍射线的（即照相法）。录衍射线的（即照相法）。录衍射线的（即照相法）。录衍射线的（即照相法）。n n近几十年来，用各种辐射探测器（即计数器）来记录已日趋
2、普遍。目近几十年来，用各种辐射探测器（即计数器）来记录已日趋普遍。目近几十年来，用各种辐射探测器（即计数器）来记录已日趋普遍。目近几十年来，用各种辐射探测器（即计数器）来记录已日趋普遍。目前专用的前专用的前专用的前专用的X X射线衍射仪已在各个主要领域中取代了照相法。衍射仪具射线衍射仪已在各个主要领域中取代了照相法。衍射仪具射线衍射仪已在各个主要领域中取代了照相法。衍射仪具射线衍射仪已在各个主要领域中取代了照相法。衍射仪具有方便、快速、准确等优点，它是近年来晶体结构分析的主要设备。有方便、快速、准确等优点，它是近年来晶体结构分析的主要设备。有方便、快速、准确等优点，它是近年来晶体结构分析的主要
3、设备。有方便、快速、准确等优点，它是近年来晶体结构分析的主要设备。n n近年来由于衍射仪与电子计算机的结合，从操作、测量到数据处理已近年来由于衍射仪与电子计算机的结合，从操作、测量到数据处理已近年来由于衍射仪与电子计算机的结合，从操作、测量到数据处理已近年来由于衍射仪与电子计算机的结合，从操作、测量到数据处理已大体上实现了自动化。大体上实现了自动化。大体上实现了自动化。大体上实现了自动化。3 3本讲稿第三页，共四十八页X射线衍射的实验方案射线衍射的实验方案 从从产产生生衍衍射射的的条条件件可可以以看看出出，并并不不是是随随便便把把一一个个单单晶晶体体置置于于X射射线线照照射射下下都都能能产产生
4、生衍衍射射现现象象，因因为为干干涉涉球球面面完完全全有有可可能能不不与与倒倒易易点点阵阵相相交交。因因此此，在在设设计计实实验验方方法法时时，一一定定要要保保证证干干涉涉球球面面能能有有充充分分的的机机会会与与倒倒易易点点阵阵相相交交，才才能能产产生生衍衍射射现象。现象。4 4本讲稿第四页，共四十八页X射线衍射的实验方案射线衍射的实验方案n n解决方案：解决方案：解决方案：解决方案：干涉球面扫过某些倒易阵点，使干涉球永远有机会与倒易阵干涉球面扫过某些倒易阵点，使干涉球永远有机会与倒易阵干涉球面扫过某些倒易阵点，使干涉球永远有机会与倒易阵干涉球面扫过某些倒易阵点，使干涉球永远有机会与倒易阵点相交
5、产生衍射。必须使干涉球或晶体之一处于运动状态或点相交产生衍射。必须使干涉球或晶体之一处于运动状态或点相交产生衍射。必须使干涉球或晶体之一处于运动状态或点相交产生衍射。必须使干涉球或晶体之一处于运动状态或者相当于运动状态。符合这样条件的实验方案有三种。者相当于运动状态。符合这样条件的实验方案有三种。者相当于运动状态。符合这样条件的实验方案有三种。者相当于运动状态。符合这样条件的实验方案有三种。5 5本讲稿第五页，共四十八页X射线衍射的实验方案射线衍射的实验方案n n用用用用单单单单色色色色（特特特特征征征征）X X射射射射线线线线照照照照射射射射转转转转动动动动的的的的单单单单晶晶晶晶体体体体，
6、使使使使干干干干涉涉涉涉球球球球永永永永远远远远有有有有机机机机会会会会与与与与某某某某些倒易阵点相交些倒易阵点相交些倒易阵点相交些倒易阵点相交转动晶体法转动晶体法转动晶体法转动晶体法。n n用用用用多多多多色色色色（连连连连续续续续）X X射射射射线线线线照照照照射射射射固固固固定定定定不不不不动动动动的的的的单单单单晶晶晶晶体体体体。由由由由于于于于射射射射线线线线有有有有一一一一定定定定波波波波长长长长范范范范围围围围，即即即即有有有有一一一一系系系系列列列列与与与与之之之之相相相相对对对对应应应应的的的的干干干干涉涉涉涉球球球球连连连连续续续续分分分分布布布布在在在在一一一一定定定定的
7、的的的区区区区域域域域，凡凡凡凡是是是是落落落落到到到到这这这这个个个个区区区区域域域域内内内内的的的的倒倒倒倒易易易易阵阵阵阵点点点点都都都都满满满满足足足足衍衍衍衍射射射射条条条条件件件件。这这这这种种种种情情情情况况况况相相相相当当当当于于于于干干干干涉涉涉涉球球球球在在在在一一一一定定定定范范范范围围围围内运动，从而有机会与某些倒易阵点相交。这种实验方法称为内运动，从而有机会与某些倒易阵点相交。这种实验方法称为内运动，从而有机会与某些倒易阵点相交。这种实验方法称为内运动，从而有机会与某些倒易阵点相交。这种实验方法称为劳埃法劳埃法劳埃法劳埃法。n n用用用用单单单单色色色色（特特特特征征
8、征征）X X射射射射线线线线照照照照射射射射多多多多晶晶晶晶体体体体试试试试样样样样。多多多多晶晶晶晶体体体体中中中中各各各各晶晶晶晶粒粒粒粒的的的的取取取取向向向向是是是是任任任任意意意意分分分分布布布布的的的的，因因因因此此此此，固固固固定定定定不不不不动动动动的的的的多多多多晶晶晶晶体体体体就就就就其其其其晶晶晶晶粒粒粒粒间间间间的的的的位位位位相相相相关关关关系系系系而而而而言言言言，相相相相当当当当于于于于单单单单晶晶晶晶体体体体转转转转动动动动的的的的情情情情况况况况。此此此此类类类类方方方方法法法法总总总总称称称称为为为为多多多多晶晶晶晶体体体体衍衍衍衍射射射射方方方方法法法法（
9、粉粉粉粉末末末末衍衍衍衍射射射射法）法）法）法）。6 6本讲稿第六页，共四十八页X射线衍射的方法射线衍射的方法n n劳埃法劳埃法n n转晶法转晶法n n粉末法粉末法n n衍射仪法衍射仪法7 7本讲稿第七页，共四十八页劳埃法劳埃法pp劳劳劳劳埃埃埃埃法法法法是是是是用用用用连连连连续续续续X X射射射射线线线线照照照照射射射射固固固固定定定定不不不不动动动动的的的的单单单单晶晶晶晶体体体体试试试试样样样样，晶晶晶晶体体体体中中中中每每每每一一一一衍衍衍衍射射射射面面面面与与与与入入入入射射射射线线线线间间间间的的的的掠掠掠掠射射射射角角角角是是是是一一一一定定定定的的的的，每每每每一一一一衍衍衍
10、衍射射射射面面面面都都都都将将将将产产产产生生生生衍衍衍衍射射射射，但但但但相相相相应应应应的的的的入入入入射射射射线线线线波波波波长长长长并并并并不不不不相相相相同同同同，即即即即每每每每一一一一衍衍衍衍射射射射面面面面只只只只衍衍衍衍射射射射入入入入射射射射线线线线中中中中能能能能满足满足满足满足BraggBragg条件的波长。条件的波长。条件的波长。条件的波长。pp劳劳劳劳埃埃埃埃法法法法中中中中，记记记记录录录录衍衍衍衍射射射射线线线线的的的的照照照照相相相相底底底底片片片片为为为为平平平平板板板板状状状状，安安安安放放放放在在在在试试试试样样样样后后后后面面面面垂垂垂垂直直直直于于于
11、于入入入入射射射射线线线线方方方方向向向向的的的的位位位位置置置置上上上上。衍衍衍衍射射射射线线线线在在在在底底底底片片片片上上上上形形形形成成成成一一一一系系系系列列列列的的的的斑斑斑斑点点点点，称称称称为为为为劳劳劳劳埃埃埃埃像像像像。其其其其主主主主要要要要用用用用途途途途是是是是测测测测量量量量晶晶晶晶体体体体的的的的位位位位相相相相，评评评评定定定定晶晶晶晶体体体体的的的的完完完完整性。整性。整性。整性。8 8本讲稿第八页，共四十八页劳埃法的分类劳埃法的分类X光入射线光入射线试样试样底片底片透射法透射法试样试样X光入射线光入射线背射法背射法底片底片9 9本讲稿第九页，共四十八页干涉球
12、干涉球底片底片劳埃照片上斑点的分布规律劳埃照片上斑点的分布规律X光入射线光入射线晶带结点面晶带结点面晶带曲线晶带曲线透射劳埃照片的爱瓦尔德图解透射劳埃照片的爱瓦尔德图解1010本讲稿第十页，共四十八页干涉球干涉球底片底片劳埃照片上斑点的分布规律劳埃照片上斑点的分布规律X光入射线光入射线晶带结点面晶带结点面晶带曲线晶带曲线背射劳埃照片的爱瓦尔德图解背射劳埃照片的爱瓦尔德图解1111本讲稿第十一页，共四十八页劳埃照片上斑点的分布规律劳埃照片上斑点的分布规律pp正正正正点点点点阵阵阵阵中中中中属属属属于于于于同同同同一一一一晶晶晶晶带带带带的的的的所所所所有有有有晶晶晶晶面面面面，其其其其倒倒倒倒易
13、易易易点点点点阵阵阵阵分分分分布布布布在在在在倒倒倒倒易易易易点点点点阵阵阵阵中中中中一一一一个个个个过过过过倒倒倒倒易易易易原原原原点点点点的的的的倒倒倒倒易易易易面面面面上上上上。即即即即倒倒倒倒易易易易点点点点阵阵阵阵中中中中的的的的一一一一个个个个过过过过原原原原点点点点的的的的倒倒倒倒易易易易面面面面与与与与正正正正点阵中的一个晶带相对应。倒易面与干涉球相交，交线为圆。点阵中的一个晶带相对应。倒易面与干涉球相交，交线为圆。点阵中的一个晶带相对应。倒易面与干涉球相交，交线为圆。点阵中的一个晶带相对应。倒易面与干涉球相交，交线为圆。pp透透透透射射射射法法法法中中中中，与与与与一一一一个
14、个个个晶晶晶晶带带带带对对对对应应应应的的的的衍衍衍衍射射射射斑斑斑斑点点点点应应应应分分分分布布布布在在在在一一一一个个个个椭椭椭椭圆圆圆圆上上上上，即即即即透射照片上的每个椭圆都与一个晶带的衍射斑相对应。透射照片上的每个椭圆都与一个晶带的衍射斑相对应。透射照片上的每个椭圆都与一个晶带的衍射斑相对应。透射照片上的每个椭圆都与一个晶带的衍射斑相对应。pp背背背背射射射射法法法法中中中中，与与与与一一一一个个个个晶晶晶晶带带带带对对对对应应应应的的的的劳劳劳劳埃埃埃埃斑斑斑斑点点点点应应应应分分分分布布布布在在在在底底底底片片片片的的的的一一一一条条条条双双双双曲曲曲曲线线线线上上上上，即即即即
15、背背背背射射射射劳劳劳劳埃埃埃埃照照照照片片片片上上上上的的的的每每每每条条条条双双双双曲曲曲曲线线线线都都都都与与与与一一一一个个个个晶晶晶晶带带带带的的的的衍衍衍衍射射射射斑相对应。斑相对应。斑相对应。斑相对应。1212本讲稿第十二页，共四十八页转晶法转晶法pp将将将将单单单单晶晶晶晶体体体体的的的的某某某某个个个个晶晶晶晶轴轴轴轴和和和和某某某某一一一一重重重重要要要要晶晶晶晶向向向向安安安安放放放放在在在在与与与与入入入入射射射射线线线线相相相相垂垂垂垂直直直直的的的的位位位位置置置置上上上上，底底底底片片片片呈呈呈呈圆圆圆圆柱柱柱柱形形形形围围围围在在在在晶晶晶晶体体体体四四四四周周
16、周周，其其其其中中中中心心心心线线线线与与与与晶晶晶晶体体体体试试试试样样样样选选选选定定定定的的的的晶晶晶晶轴轴轴轴或或或或晶晶晶晶向向向向一一一一致致致致。实实实实验验验验时时时时，晶晶晶晶体体体体绕绕绕绕所所所所选选选选定定定定的的的的晶晶晶晶轴轴轴轴或或或或晶晶晶晶向向向向转转转转动动动动。在在在在晶晶晶晶体体体体中中中中某某某某一一一一衍衍衍衍射射射射面面面面与与与与入入入入射射射射线线线线的的的的掠掠掠掠射射射射角角角角符符符符合合合合BraggBragg方方方方程程程程时时时时，瞬瞬瞬瞬间间间间产产产产生生生生一一一一束束束束衍衍衍衍射射射射线线线线，在在在在底底底底片片片片上上
17、上上形形形形成成成成一一一一个个个个斑斑斑斑点。不可能所有的衍射面都产生衍射现象。点。不可能所有的衍射面都产生衍射现象。点。不可能所有的衍射面都产生衍射现象。点。不可能所有的衍射面都产生衍射现象。pp主主主主要要要要用用用用于于于于测测测测量量量量未未未未知知知知晶晶晶晶体体体体结结结结构构构构。由由由由于于于于所所所所用用用用试试试试样样样样为为为为单单单单晶晶晶晶体体体体，并并并并且且且且要要要要知知知知道道道道晶晶晶晶体体体体的的的的晶晶晶晶轴轴轴轴或或或或晶晶晶晶向向向向，这这这这在在在在实实实实际际际际研研研研究究究究中中中中较较较较难难难难实实实实现现现现，所所所所以以以以用的较少
18、。用的较少。用的较少。用的较少。1313本讲稿第十三页，共四十八页粉晶法成像原理粉晶法成像原理 反射球反射球倒易球倒易球O*粉末多晶体衍射原理粉末多晶体衍射原理O100110111r*=1/dhkl同族晶面同族晶面hkl一个倒易球一个倒易球1414本讲稿第十四页，共四十八页多晶体衍射花样的形成多晶体衍射花样的形成德拜照相法德拜照相法底片底片试样试样入射线入射线1515本讲稿第十五页，共四十八页德拜相机示意图德拜相机示意图德拜照相机德拜照相机试样试样底片底片后光阑后光阑前光阑前光阑入射入射X射线射线荧光屏荧光屏铅玻璃铅玻璃1616本讲稿第十六页，共四十八页光阑的结构和作用光阑的结构和作用前光阑（
19、也称为准直管光阑）前光阑（也称为准直管光阑）前光阑（也称为准直管光阑）前光阑（也称为准直管光阑）n n限制入射线的不平行度和固定入射线的尺寸和位置。由黄铜制成，包含限制入射线的不平行度和固定入射线的尺寸和位置。由黄铜制成，包含限制入射线的不平行度和固定入射线的尺寸和位置。由黄铜制成，包含限制入射线的不平行度和固定入射线的尺寸和位置。由黄铜制成，包含两个限光孔，两个限光孔，两个限光孔，两个限光孔，出口为第三个限光孔。前两个限光孔直径一般为出口为第三个限光孔。前两个限光孔直径一般为出口为第三个限光孔。前两个限光孔直径一般为出口为第三个限光孔。前两个限光孔直径一般为0.2-1.2mm0.2-1.2m
20、m，用来控制入射线的，用来控制入射线的，用来控制入射线的，用来控制入射线的尺寸、位置和平行度；出口限光孔尺寸应稍大于前两个限光孔横截面积，尺寸、位置和平行度；出口限光孔尺寸应稍大于前两个限光孔横截面积，尺寸、位置和平行度；出口限光孔尺寸应稍大于前两个限光孔横截面积，尺寸、位置和平行度；出口限光孔尺寸应稍大于前两个限光孔横截面积，吸收并防止寄生散射。吸收并防止寄生散射。吸收并防止寄生散射。吸收并防止寄生散射。n n限光孔越细，衍射线条越细，质量越好，但入射线能量也越少，会增加曝光时间，限光孔越细，衍射线条越细，质量越好，但入射线能量也越少，会增加曝光时间，限光孔越细，衍射线条越细，质量越好，但入
21、射线能量也越少，会增加曝光时间，限光孔越细，衍射线条越细，质量越好，但入射线能量也越少，会增加曝光时间，应根据实际需要选择适当的限光孔尺寸。应根据实际需要选择适当的限光孔尺寸。应根据实际需要选择适当的限光孔尺寸。应根据实际需要选择适当的限光孔尺寸。后光阑（承光管）后光阑（承光管）后光阑（承光管）后光阑（承光管）n n尾端安装有铅玻璃，其前放置一片荧光屏。调整相机时，可以透过铅玻璃观尾端安装有铅玻璃，其前放置一片荧光屏。调整相机时，可以透过铅玻璃观尾端安装有铅玻璃，其前放置一片荧光屏。调整相机时，可以透过铅玻璃观尾端安装有铅玻璃，其前放置一片荧光屏。调整相机时，可以透过铅玻璃观察荧光屏显示出来的
22、入射线和试样的相对位置。同时，铅玻璃对察荧光屏显示出来的入射线和试样的相对位置。同时，铅玻璃对察荧光屏显示出来的入射线和试样的相对位置。同时，铅玻璃对察荧光屏显示出来的入射线和试样的相对位置。同时，铅玻璃对X X射线有强射线有强射线有强射线有强烈的吸收作用，确保安全。烈的吸收作用，确保安全。烈的吸收作用，确保安全。烈的吸收作用，确保安全。注意事项（前后光阑尽量靠近；死区）注意事项（前后光阑尽量靠近；死区）注意事项（前后光阑尽量靠近；死区）注意事项（前后光阑尽量靠近；死区）1717本讲稿第十七页，共四十八页德拜相机直径的选取德拜相机直径的选取德拜相机直径一般为德拜相机直径一般为德拜相机直径一般为
23、德拜相机直径一般为57.3mm57.3mm和和和和114.6mm114.6mmn nD=D=57.3mm57.3mm时时时时，其其其其周周周周长长长长DD=180mm=180mm，因因因因为为为为圆圆圆圆心心心心角角角角为为为为360360，所所所所以以以以底底底底片上每片上每片上每片上每1mm1mm长长长长度度度度对应对应对应对应22圆圆圆圆心角；心角；心角；心角；n nD=D=114.6mm114.6mm时时时时，其其其其周周周周长长长长DD=360mm=360mm，所所所所以以以以底底底底片片片片上上上上每每每每1mm1mm长长长长度度度度对对对对应应应应11圆圆圆圆心角；心角；心角；心
24、角；n n可使衍射花可使衍射花可使衍射花可使衍射花样样样样的的的的计计计计算算算算简简简简化。化。化。化。1818本讲稿第十八页，共四十八页试样制备及要求试样制备及要求对试样的要求：对试样的要求：对试样的要求：对试样的要求：n n圆柱形的粉末物质粘合体或者多晶体细丝圆柱形的粉末物质粘合体或者多晶体细丝圆柱形的粉末物质粘合体或者多晶体细丝圆柱形的粉末物质粘合体或者多晶体细丝n n直径小于直径小于直径小于直径小于0.5mm0.5mm、长约、长约、长约、长约10mm10mm获得金属及合金粉末的方法：获得金属及合金粉末的方法：获得金属及合金粉末的方法：获得金属及合金粉末的方法：n n对非脆性样品将其挫
25、成粉末对非脆性样品将其挫成粉末对非脆性样品将其挫成粉末对非脆性样品将其挫成粉末n n对脆性样品可先将其打碎，然后碾磨成粉末对脆性样品可先将其打碎，然后碾磨成粉末对脆性样品可先将其打碎，然后碾磨成粉末对脆性样品可先将其打碎，然后碾磨成粉末注意事项注意事项:粉末粉末颗粒大于颗粒大于10m，衍射，衍射线线不不连续连续；小于；小于100nm时时，衍射，衍射线变宽线变宽，不利于分析，不利于分析工作。工作。筛选筛选两相以上合金粉末两相以上合金粉末时时必必须让须让所有粉末通所有粉末通过筛选过筛选，保，保证组证组分的一致性。用机分的一致性。用机械方法得到的粉末具有很大内械方法得到的粉末具有很大内应应力，会力，
26、会导导致衍射致衍射线宽线宽化，化，应应在真空或保在真空或保护护性气氛中退性气氛中退火消除内火消除内应应力。力。对对合金中微量相合金中微量相进进行分析行分析时时，要用，要用电电解萃取方法解萃取方法单单独分离出微量相，独分离出微量相，经过经过清洗和真空干燥后作清洗和真空干燥后作为试样为试样使用。使用。1919本讲稿第十九页，共四十八页试样制备及要求试样制备及要求制备圆柱形试样的方法：制备圆柱形试样的方法：制备圆柱形试样的方法：制备圆柱形试样的方法：用很细的玻璃丝（硼酸锂铍）上涂一薄层胶水等粘接剂，然后在粉末中滚动，用很细的玻璃丝（硼酸锂铍）上涂一薄层胶水等粘接剂，然后在粉末中滚动，用很细的玻璃丝（
27、硼酸锂铍）上涂一薄层胶水等粘接剂，然后在粉末中滚动，用很细的玻璃丝（硼酸锂铍）上涂一薄层胶水等粘接剂，然后在粉末中滚动，做成粗细均匀的圆柱试样；做成粗细均匀的圆柱试样；做成粗细均匀的圆柱试样；做成粗细均匀的圆柱试样；将粉末填充在硼酸锂铍玻璃、醋酸纤维（或硝酸纤维）或石英等制成将粉末填充在硼酸锂铍玻璃、醋酸纤维（或硝酸纤维）或石英等制成将粉末填充在硼酸锂铍玻璃、醋酸纤维（或硝酸纤维）或石英等制成将粉末填充在硼酸锂铍玻璃、醋酸纤维（或硝酸纤维）或石英等制成的毛细管中，得到所需尺寸的试样。其中石英毛细管可用于高温照相；的毛细管中，得到所需尺寸的试样。其中石英毛细管可用于高温照相；的毛细管中，得到所需
28、尺寸的试样。其中石英毛细管可用于高温照相；的毛细管中，得到所需尺寸的试样。其中石英毛细管可用于高温照相；将粉末用胶水调好填入金属毛细管中，然后用金属丝将粉末推出将粉末用胶水调好填入金属毛细管中，然后用金属丝将粉末推出将粉末用胶水调好填入金属毛细管中，然后用金属丝将粉末推出将粉末用胶水调好填入金属毛细管中，然后用金属丝将粉末推出2-2-3mm3mm长作为试样，余下部分连同金属毛细管一起作为支撑柱，便于往试样台上安长作为试样，余下部分连同金属毛细管一起作为支撑柱，便于往试样台上安长作为试样，余下部分连同金属毛细管一起作为支撑柱，便于往试样台上安长作为试样，余下部分连同金属毛细管一起作为支撑柱，便于
29、往试样台上安装；装；装；装；金属丝可以直接用来做试样。但由于拉丝时产生择优取向，因此衍射线往往不连续。金属丝可以直接用来做试样。但由于拉丝时产生择优取向，因此衍射线往往不连续。金属丝可以直接用来做试样。但由于拉丝时产生择优取向，因此衍射线往往不连续。金属丝可以直接用来做试样。但由于拉丝时产生择优取向，因此衍射线往往不连续。2020本讲稿第二十页，共四十八页底片安装方式底片安装方式入入射射线线底片底片试样试样SS22WS前反射前反射背反射背反射背反射背反射S背反射背反射前反射前反射前反射前反射SKW前反射前反射背反射背反射正装法正装法倒装法倒装法不对称装法不对称装法2121本讲稿第二十一页，共四
30、十八页各种安装方式衍射花样的计算各种安装方式衍射花样的计算n n正装法正装法正装法正装法底底片片中中部部开开孔孔让让后后光光阑阑穿穿过过，开开口口处处在在前前光光阑阑两两侧侧。衍衍射射花花样样由由一一系系列列弧弧段段构成：构成：290，后反射衍射线后反射衍射线测量同一衍射环的两弧段间距离测量同一衍射环的两弧段间距离S，可计算其衍射角。若相机半径，可计算其衍射角。若相机半径R，则：，则：=S/4R （弧度）（弧度）以度为单位：以度为单位：=S/4R180/=S/(4R)57.3因此，因此，2R=57.3mm时时，=S/2 2R=114.6mm时时，=S/42222本讲稿第二十二页，共四十八页各种
31、安装方式衍射花样的计算各种安装方式衍射花样的计算n n倒装法倒装法底底片片开开口口在在后后光光阑阑两两侧侧，显显然然，底底片片中中部部为为背背反反射射衍衍射射线线，两端为前反射衍射线。两端为前反射衍射线。衍射角按下式计算：衍射角按下式计算：2-4=S/R =/2-S/4R（弧度）（弧度）以度为单位，以度为单位，2R=57.3mm时时：=90-S/22323本讲稿第二十三页，共四十八页各种安装方式衍射花样的计算各种安装方式衍射花样的计算n n不对称装法不对称装法可以消除底片收缩和相机半径误差。可以消除底片收缩和相机半径误差。底底片片开开两两孔孔，分分别别被被前前、后后光光阑阑穿穿过过，底底片片开
32、开口口置置于于相相机机一一侧侧。不不难难看看出出，由由前前后后反反射射弧弧对对中中心心点点的的位位置置可可求求出出底底片片上上对对应应180圆圆心角的心角的实际长实际长度度W，于是可用，于是可用下式计算衍射角：下式计算衍射角：4/S=180/W （前反射）（前反射）（360-4）/S=180/W （后反射）（后反射）2424本讲稿第二十四页，共四十八页德拜相机的分辨本领德拜相机的分辨本领n n照照照照相相相相机机机机的的的的分分分分辨辨辨辨本本本本领领领领是是是是指指指指衍衍衍衍射射射射花花花花样样样样中中中中两两两两条条条条相相相相邻邻邻邻衍衍衍衍射射射射线线线线条条条条分分分分离离离离程程
33、程程度度度度的的的的定定定定量量量量表表表表征征征征。表表表表示示示示晶晶晶晶面面面面间间间间距距距距变变变变化化化化时时时时引引引引起起起起的的的的衍衍衍衍射射射射线线线线条条条条位位位位置置置置相相相相对改变的灵敏程度。对改变的灵敏程度。对改变的灵敏程度。对改变的灵敏程度。n n德拜相机的分辨本领德拜相机的分辨本领德拜相机的分辨本领德拜相机的分辨本领 可以表示可以表示可以表示可以表示为为为为：=S/(S/(d/d)d/d)将布拉格方程改写将布拉格方程改写将布拉格方程改写将布拉格方程改写为为为为：sinsin=n=n/(2d)/(2d)，微分得：微分得：微分得：微分得：coscos =-n=
34、-n/(2d/(2d2 2)d=-sind=-sin d d /d/d 或者或者或者或者:d d /d=-cot/d=-cot 对对对对正装法正装法正装法正装法:S=4R S=4R ,故：故：故：故：S=4R S=4R 所以：所以：所以：所以：=S/(S/(d/d)=-4R tand/d)=-4R tan 2525本讲稿第二十五页，共四十八页德拜相机的分辨本领德拜相机的分辨本领n n将上式与波长联系：将上式与波长联系：将上式与波长联系：将上式与波长联系：=-4R sin=-4R sin/(1-sin/(1-sin2 2 )1/21/2=-4R n=-4R n/4d/4d2 2-(n(n)2 2
35、 1/21/2n n从上式可以看出，相机分辨本领与以下因素有关：从上式可以看出，相机分辨本领与以下因素有关：从上式可以看出，相机分辨本领与以下因素有关：从上式可以看出，相机分辨本领与以下因素有关：相机半径越大，分辨本领越高。大直径相机有优势，但相机半径越大，分辨本领越高。大直径相机有优势，但相机半径越大，分辨本领越高。大直径相机有优势，但相机半径越大，分辨本领越高。大直径相机有优势，但会增加曝光时间和空气散射引起的衍射背景；会增加曝光时间和空气散射引起的衍射背景；会增加曝光时间和空气散射引起的衍射背景；会增加曝光时间和空气散射引起的衍射背景；角越大，分辨本角越大，分辨本角越大，分辨本角越大，分
36、辨本领领领领越高。衍射花越高。衍射花越高。衍射花越高。衍射花样样样样中高角度中高角度中高角度中高角度线线线线条的条的条的条的KK 1 1 和和和和KK 2 2 双双双双线线线线可以明可以明可以明可以明显显显显分开；分开；分开；分开；X X射射射射线线线线波波波波长长长长越大，分辨本越大，分辨本越大，分辨本越大，分辨本领领领领越高；越高；越高；越高；面面面面间间间间距越大，分辨本距越大，分辨本距越大，分辨本距越大，分辨本领领领领越低。分析大晶胞越低。分析大晶胞越低。分析大晶胞越低。分析大晶胞试样时试样时试样时试样时，应应应应尽量采用尽量采用尽量采用尽量采用长长长长波波波波长长长长X X射射射射线
37、线线线源，以便抵源，以便抵源，以便抵源，以便抵偿偿偿偿由于晶胞由于晶胞由于晶胞由于晶胞过过过过大大大大对对对对分辨本分辨本分辨本分辨本领领领领的不良影的不良影的不良影的不良影响。响。响。响。2626本讲稿第二十六页，共四十八页德拜照相法总结德拜照相法总结 德德德德拜拜拜拜法法法法记记记记录录录录的的的的衍衍衍衍射射射射角角角角范范范范围围围围大大大大，衍衍衍衍射射射射环环环环的的的的形形形形貌貌貌貌能能能能直直直直观观观观地地地地反反反反映映映映晶晶晶晶体体体体内内内内部部部部组组组组织织织织的的的的一一一一些些些些特特特特点点点点（如如如如亚亚亚亚晶晶晶晶尺尺尺尺寸寸寸寸、微微微微观观观观应
38、应应应力力力力、择择择择优优优优取取取取向向向向等等等等），衍衍衍衍射射射射线线线线的的的的误误误误差差差差分分分分析析析析简简简简单单单单且且且且容容容容易易易易消消消消除除除除，可可可可以以以以达达达达到到到到相相相相当当当当高高高高的的的的测测测测量量量量精精精精度；其缺点是衍射强度低，需要较长的曝光时间。度；其缺点是衍射强度低，需要较长的曝光时间。度；其缺点是衍射强度低，需要较长的曝光时间。度；其缺点是衍射强度低，需要较长的曝光时间。2727本讲稿第二十七页，共四十八页衍射仪法衍射仪法n n衍射仪法是利用衍射仪测量和记录试样衍射仪法是利用衍射仪测量和记录试样衍射仪法是利用衍射仪测量和记
39、录试样衍射仪法是利用衍射仪测量和记录试样X X光衍射线的方法。光衍射线的方法。光衍射线的方法。光衍射线的方法。n nX X射射射射线线线线衍衍衍衍射射射射仪仪仪仪是是是是按按按按照照照照晶晶晶晶体体体体对对对对X X射射射射线线线线衍衍衍衍射射射射的的的的几几几几何何何何原原原原理理理理设设设设计计计计制制制制造造造造。测测测测试试试试过过过过程程程程中中中中，由由由由X X射射射射线线线线管管管管发发发发射射射射出出出出的的的的X X射射射射线线线线照照照照射射射射到到到到试试试试样样样样上上上上产产产产生生生生衍衍衍衍射射射射现现现现象象象象，由由由由辐辐辐辐射射射射探探探探测测测测器器器
40、器接接接接收收收收衍衍衍衍射射射射线线线线的的的的X X射射射射线线线线光光光光子子子子，经经经经测测测测量量量量电电电电路路路路放放放放大大大大处处处处理理理理后后后后在在在在显显显显示示示示或或或或者者者者记记记记录录录录装装装装置置置置上上上上给给给给出出出出精精精精确确确确的的的的衍衍衍衍射射射射线线线线位位位位置置置置、强强强强度度度度和和和和线线线线形形形形等等等等衍衍衍衍射信息。射信息。射信息。射信息。2828本讲稿第二十八页，共四十八页X射线衍射仪的发展射线衍射仪的发展n n19121912年布拉格最先使用电离室探测年布拉格最先使用电离室探测年布拉格最先使用电离室探测年布拉格最
41、先使用电离室探测X X射线衍射信息；射线衍射信息；射线衍射信息；射线衍射信息；n n19131913年布拉格测定年布拉格测定年布拉格测定年布拉格测定NaClNaCl等晶体结构的等晶体结构的等晶体结构的等晶体结构的X X射线分光计（雏形）射线分光计（雏形）射线分光计（雏形）射线分光计（雏形）n n19431943年弗里德曼设计了最初的近代年弗里德曼设计了最初的近代年弗里德曼设计了最初的近代年弗里德曼设计了最初的近代X X射线衍射仪；射线衍射仪；射线衍射仪；射线衍射仪；n n二二二二十十十十世世世世纪纪纪纪五五五五十十十十年年年年代代代代X X射射射射线线线线衍衍衍衍射射射射仪仪仪仪得得得得到到到
42、到了了了了普普普普及及及及应应应应用用用用，19521952年年年年国国国国际际际际结结结结晶学协会设备委员会正式命名为晶学协会设备委员会正式命名为晶学协会设备委员会正式命名为晶学协会设备委员会正式命名为X X射线衍射仪；射线衍射仪；射线衍射仪；射线衍射仪；n n随随随随着着着着科科科科学学学学技技技技术术术术的的的的发发发发展展展展，促促促促使使使使现现现现代代代代电电电电子子子子学学学学、集集集集成成成成电电电电路路路路和和和和电电电电子子子子计计计计算算算算机机机机等等等等先先先先进进进进技技技技术术术术进进进进一一一一步步步步与与与与X X射射射射线线线线衍衍衍衍射射射射技技技技术术术
43、术结结结结合合合合，使使使使X X射射射射线线线线衍衍衍衍射射射射仪仪仪仪向向向向强强强强光光光光源源源源、高高高高稳稳稳稳定定定定、高高高高分分分分辨辨辨辨、多多多多功功功功能能能能和和和和全全全全自自自自动动动动的的的的联联联联合合合合组组组组机机机机方方方方向向向向发发发发展展展展，可可可可以以以以自自自自动动动动地地地地给给给给出大多数衍射实验结果。出大多数衍射实验结果。出大多数衍射实验结果。出大多数衍射实验结果。2929本讲稿第二十九页，共四十八页X射线衍射仪的基本组成射线衍射仪的基本组成3030本讲稿第三十页，共四十八页多晶衍射仪的组成多晶衍射仪的组成 n n当然少不了当然少不了X
44、 X射线的发生装置射线的发生装置射线的发生装置射线的发生装置-X X光管光管；n n为了使为了使为了使为了使X射线照射到被测样品上需要有一个射线照射到被测样品上需要有一个样品台样品台样品台样品台；n n为为为为了了了了接接接接受受受受由由由由样样样样品品品品表表表表面面面面产产产产生生生生的的的的衍衍衍衍射射射射线线线线需需需需要要要要有有有有一一一一个个个个射射射射线线线线探探探探测测测测器器器器，而而而而且且且且这这这这个个个个探探探探测测测测器器器器应应应应当当当当安安安安放放放放在在在在适适适适当当当当的的的的角角角角度度度度上上上上，测测测测角角角角仪仪仪仪 n n检测系统，正比计数
45、器检测系统，正比计数器检测系统，正比计数器检测系统，正比计数器等等等等3131本讲稿第三十一页，共四十八页测角仪构造示意图测角仪构造示意图逆时针逆时针方向：方向：100顺时针顺时针方向：方向：165绝对绝对精度：精度：0.01 3232本讲稿第三十二页，共四十八页典型样品的典型样品的XRD衍射衍射3333本讲稿第三十三页，共四十八页测角仪的光学布置测角仪的光学布置索拉狭缝索拉狭缝限制射线垂直方向发散度限制射线垂直方向发散度发散狭缝发散狭缝限制水平发散度限制水平发散度防散射狭缝防散射狭缝接收狭缝接收狭缝3434本讲稿第三十四页，共四十八页探测器探测器n n正比计数器正比计数器n n闪烁计数器闪烁
46、计数器闪烁计数器闪烁计数器n n位敏正比计数器位敏正比计数器n n新型探测器新型探测器新型探测器新型探测器3535本讲稿第三十五页，共四十八页正比计数器正比计数器R2R1金属丝（阳极）金属丝（阳极）至高压电源至高压电源至前置放大器至前置放大器铍窗口铍窗口入射线入射线金属筒（阴极）金属筒（阴极）惰性气体惰性气体1010甲烷或甲烷或1 1氯气氯气6006001000V1000V反应速度快，驰豫时间短，反应速度快，驰豫时间短，10106 6/s(10/s(106 6cps)cps)3636本讲稿第三十六页，共四十八页闪烁计数器闪烁计数器少量铊活化的碘化钠少量铊活化的碘化钠伏特级，伏特级，10105
47、5cpscps固有电子发射固有电子发射3737本讲稿第三十七页，共四十八页位敏正比计数器位敏正比计数器n n一一一一般般般般使使使使用用用用丝丝丝丝状状状状位位位位敏敏敏敏计计计计数数数数器器器器。它它它它是是是是在在在在一一一一般般般般正正正正比比比比计计计计数数数数器器器器中中中中心心心心轴轴轴轴上上上上安安安安装装装装一一一一根根根根细细细细长长长长的的的的高高高高电电电电阻阻阻阻丝丝丝丝制制制制成成成成的的的的。因因因因为为为为正正正正比比比比计计计计数数数数器器器器接接接接收收收收X X射射射射线线线线光光光光子子子子时时时时，只只只只在在在在其其其其接接接接收收收收位位位位置置置置
48、产产产产生生生生局局局局部部部部电电电电子子子子雪雪雪雪崩崩崩崩效效效效应应应应，所所所所形形形形成成成成的的的的电电电电脉脉脉脉冲冲冲冲向向向向计计计计数数数数器器器器两两两两端端端端输输输输出出出出，不不不不同同同同位位位位置置置置产产产产生生生生的的的的脉脉脉脉冲冲冲冲与与与与两两两两端端端端距距距距离离离离不不不不等等等等，因因因因此此此此不不不不同同同同脉脉脉脉冲冲冲冲之之之之间间间间产产产产生生生生一一一一定定定定的的的的时时时时间间间间差差差差。这这这这个个个个时时时时间间间间差差差差使使使使正正正正比比比比计计计计数数数数器器器器在在在在芯芯芯芯线线线线方方方方向向向向具具具具
49、有有有有位位位位置置置置分分分分辨辨辨辨能能能能力力力力。利利利利用用用用一一一一套套套套相相相相应应应应的的的的电电电电子子子子测测测测量量量量系系系系统统统统可可可可以以以以同同同同时时时时记记记记录录录录下下下下输输输输入入入入的的的的X X射射射射线线线线光光光光子子子子数数数数目目目目和和和和能能能能量量量量以以以以及及及及它它它它们们们们在在在在计计计计数数数数器器器器被被被被吸吸吸吸收收收收的位置。的位置。的位置。的位置。n n50mm50mm芯丝能同时测量芯丝能同时测量芯丝能同时测量芯丝能同时测量1212 范范范范围围围围。n n适适适适用用用用于于于于高高高高速速速速记记记记
50、录录录录衍衍衍衍射射射射花花花花样样样样，测测测测量量量量瞬瞬瞬瞬时时时时变变变变化化化化的的的的研研研研究究究究对对对对象象象象（如如如如相相相相变变变变），测测测测量量量量那那那那些些些些易易易易于于于于随随随随时时时时间间间间而而而而变变变变得得得得不不不不稳稳稳稳定定定定的的的的试试试试样样样样和和和和容容容容易易易易受受受受X X射射射射线线线线照照照照射射射射损损损损伤伤伤伤的的的的试试试试样样样样，测测测测量量量量那那那那些些些些微微微微量量量量试试试试样样样样和和和和强度弱的衍射信息（如漫散射）。强度弱的衍射信息（如漫散射）。强度弱的衍射信息（如漫散射）。强度弱的衍射信息（如漫