[理学]X射线衍射-西安交通大学课件

射线衍射X西安交通大学精品课件射线衍射介绍X定义应用原理X射线衍射是指X射线束照射到物质时，X射线衍射技术广泛应用于材料科学、X射线衍射的原理基于物质内部原子或由于物质内部原子或分子的周期性排列化学、物理学、生物学等领域，可用于分子对X射线的散射，当X射线波长与晶而发生的衍射现象分析材料的结构、成分、相变、应力等体中原子间距相当或相近时，就会发生信息衍射现象射线的性质X电磁波高能波长范围

0.01-10纳米穿透力强，可穿透物质，用于医学影像物质相互作用与物质相互作用，产生散射和衍射现象射线的产生X电子束1高能电子束轰击金属靶轫致辐射2电子减速，产生连续谱X射线特征辐射3电子激发靶原子内层电子，产生特征谱X射线射线的应用X医疗影像安全检查工业检测X射线可用于诊断各种疾病，例如骨折和肺X射线用于机场和车站的安全检查，以检测X射线用于检测材料缺陷和焊接质量炎行李中的危险物品射线衍射的基本原理X晶体结构射线衍射现象X晶体是由原子、离子或分子以规则的三维X射线是一种具有波粒二象性的电磁辐射当X射线照射到晶体时，会发生衍射现象周期性排列而成的，即X射线被晶体中的原子散射，并形成衍射图样布拉格条件晶体结构衍射角12布拉格条件描述了X射线在晶当X射线束入射到晶体时，如体中衍射的现象果入射角满足布拉格条件，则会发生衍射晶面间距应用34布拉格条件表明，衍射角与晶布拉格条件是X射线衍射技术体中晶面之间的间距有关的基础，用于研究材料的结构和性质晶体结构晶体结构是指晶体中原子、离子或分子在空间的排列方式晶体结构是决定材料物理化学性质的重要因素，包括熔点、硬度、导电性、磁性等X射线衍射是研究晶体结构的重要手段单晶衍射图样单晶衍射图样显示了X射线照射到单晶体上时的衍射信号，这些信号通常以一系列斑点呈现，每个斑点代表晶体中的特定晶面这些斑点的排列方式和强度反映了晶体结构的信息粉末衍射图样粉末衍射图样是粉末样品经X射线照射后得到的衍射图样由于粉末样品中的晶体颗粒大小、形状和取向都不同，它们对X射线的衍射方向也各不相同，因此在衍射图样上出现许多衍射峰这些衍射峰的位置和强度分别对应于晶体结构中的晶面间距和晶面的强度粉末衍射图样可以用来确定晶体结构、晶胞参数、晶粒尺寸、应力应变等信息，在材料科学、化学、物理学、地质学等领域有着广泛的应用晶胞参数的确定晶胞尺寸1a,b,c晶胞角度2α,β,γ空间群3对称性射线衍射技术发展历程X19121劳厄首次利用晶体对X射线进行衍射实验，证实了X射线波的性质和晶体内部的周期性结构19132布拉格父子建立了著名的布拉格方程，为X射线衍射技术的应用奠定了理论基础1920年代3X射线衍射技术开始应用于材料科学，例如金属材料的相结构分析1930年代4X射线衍射仪器开始商业化生产，并在多个领域得到广泛应用1950年代5单晶X射线衍射技术得到发展，可以精确测定晶体结构1980年代6同步辐射X射线衍射技术出现，为材料科学研究提供了新的手段射线衍射仪器的组成X射线源样品台1X2产生用于衍射实验的X射线用于放置待测样品，并可进行旋转或移动衍射探测器数据处理系统34记录样品衍射的X射线信号采集和分析衍射数据，生成衍射图谱射线源X射线管阴极阳极XX射线管是产生X射线的核心部件它主要阴极通常由钨丝制成，通电后会发射热电阳极由高熔点金属制成，例如钨或钼，热由阴极和阳极组成子，这些电子在电场作用下加速飞向阳极电子撞击阳极产生X射线射线聚焦与单色化X聚焦单色化通过透镜或其他光学元件将X射线束汇聚到一个较小的区域，通过滤波器或晶体衍射方法，去除多波长X射线，获得单一波提高X射线强度，增强衍射信号长的X射线，提高衍射数据的准确性样品制备粉末样品将样品研磨成细粉，均匀地装入样品架单晶样品选择尺寸合适，质量较好的单晶，用特殊的胶水固定在样品架上薄膜样品将薄膜样品固定在样品架上，使其表面与X射线束垂直衍射探测器计数器CCD二维图像采集，高灵敏度，广泛应用一维数据采集，高精度，适用于粉末于单晶衍射衍射闪烁计数器高计数率，广泛应用于多种衍射技术数据采集与分析数据采集1自动控制衍射仪采集衍射信号数据处理2背景扣除、峰值拟合等数据分析3晶体结构、相组成分析等射线衍射技术的应用领域X材料分析晶体结构分析薄膜分析X射线衍射可以用于确定材料的晶体结构、通过分析衍射图样可以确定晶体的晶胞参数X射线衍射可以用来研究薄膜的晶体结构、相组成和晶粒尺寸等信息、空间群和原子坐标等信息厚度、应力等信息材料分析材料的组成和结构材料的性能和特性材料的缺陷和损伤X射线衍射可以识别材料中的不同相，并通过分析衍射图案，可以推断材料的机械X射线衍射可以检测材料内部的微观缺陷确定其晶体结构和晶胞参数性能、热性能、电性能和磁性能，例如晶格缺陷和应力应变相结构分析通过分析X射线衍射图谱的峰位、峰强可以确定各相的含量，例如，合金中度和峰形等信息，可以识别材料中存不同金属元素的含量，复合材料中不在的相，例如，金属、陶瓷、聚合物同组分的含量等可以研究材料的微观结构，例如，晶粒大小、晶粒取向、缺陷等晶体结构分析原子排列衍射图样模型构建确定晶体中原子、离子或分子的空间排列方分析X射线衍射图样，确定晶体结构参数，根据衍射数据构建晶体结构模型，并通过软式，揭示晶体内部的微观结构例如晶胞尺寸、空间群和原子坐标件模拟验证模型的准确性应力应变分析材料强度残余应力12分析材料的抗拉强度、屈服强研究材料内部的残余应力分布度和弹性模量等力学性能，如热处理或加工过程产生的应力材料疲劳3评估材料在反复载荷下的疲劳行为，预测材料的疲劳寿命薄膜分析厚度测量应力分析X射线衍射可以精确测量薄膜的厚可以通过分析薄膜的衍射峰位置度，这对薄膜器件的性能至关重和形状来确定薄膜中的应力，这要对于了解薄膜的机械性能非常重要相组成分析晶体结构分析X射线衍射可以识别薄膜中的不同X射线衍射可以确定薄膜的晶体结相，这对于理解薄膜的结构和性构，这对于理解薄膜的物理性质质非常重要和性能非常重要文物保护材料分析腐蚀监测12X射线衍射可用于分析文物的通过分析文物表面的微观结构材料成分和结构，例如陶瓷、变化，可以评估其腐蚀程度和金属和石材保护措施的效果修复评估3X射线衍射可以帮助评估文物修复材料的相容性和稳定性，确保修复的长期效果医药研究药物研发药物制剂药效评价X射线衍射可用于药物晶型分析，帮助确可用于分析药物制剂的晶体结构，控制药可用于分析药物与生物靶标的相互作用，定药物的晶体结构和物理化学性质，以优物的溶解度、释放速度等参数，提高药物帮助理解药物的作用机制，为药物开发提化药物的稳定性和生物利用度的生物利用度供支持纳米材料研究太阳能医疗电子纳米材料可以提高太阳能电池的效率，创造纳米材料用于药物输送，诊断和治疗疾病纳米材料可以制造更小、更强大的电子设备更清洁的能源总结射线衍射基本原理XX射线衍射是一种重要的材料分析X射线衍射基于X射线与晶体物质技术，广泛应用于材料科学、物的相互作用，通过分析衍射信号理学、化学、生物学等领域可以获得物质的晶体结构、相结构、晶胞参数等信息应用领域X射线衍射技术在材料分析、相结构分析、应力应变分析、薄膜分析、文物保护、医药研究等领域发挥着重要作用展望X射线衍射技术作为一种重要的分析方新材料、纳米材料等领域都需要X射线法，未来将继续发展，应用领域不断衍射技术的支持扩展X射线衍射技术的创新将带来更精确、更便捷的分析体验。