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X射线衍射分析金灯仁参考书：无机非金属材料测试方法 X射线衍射分析原理、方法、应用 (周上祺)等 (英文版)

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表4-1 X射线衍射分析方法的应用

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第一章 X射线的性质 1.1引言 1.2 X射线的本质 1.3 X射线的产生及X射线管 1.4 X射线谱 1.5 X射线与固体物质相互作用

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第一章 X射线的性质 1.1引言 1895, (德，物)伦琴发现X射线 1912,(德，物)劳厄发现X射线在晶体中的衍射

X射线：电磁波晶体：格子构造；研究晶体材料开辟道路

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X射线衍射(XRD)的应用 单晶材料：晶体结构；对称性和取向方位 金属、陶瓷：物相分析(定性、定量) 测定相图或固溶度(定量、晶格常数随固溶度的变化) 多晶试样中晶粒大小、应力和应变情况

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Structural analysis for materials research and crystallographyX-ray powder diffractometry (XRPD) is a valuable tool for the research and development of advanced materials. It can be used for investigation of the following properties: Identification of the phase(s) present: is it a pure phase or does the material contain impurities as a result of the production process? Quantification of mixtures of phases Degree of crystallinity of the phase(s) Crystallographic structure of the material: space group determination and indexing, structure refinement and ultimately structure solving Degree of orientation of the crystallites: texture analysis. Deformation of the crystallites as a result of the production process: residual stress analysis Influence of non-ambient conditions on these properties All these investigations can be carried out on samples of varying dimensions: Powders, from bulk samples to very small amounts Solid materials of varying shapes and size, such as machined metallic or ceramic components or pills Well plates for combinatorial analysis

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入射线 X射线试样(晶体)?分析(结构) X射线晶体结构衍射规律 XRD分析衍射线 XRD谱 I:强度 d(2θ):位置

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XRD部分安排X射线物理基础、晶体结构 X射线衍射基本理论(衍射几何、强度)单晶、多晶衍射、衍射仪法应用：物相分析

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1.2 X射线的本质

T1-1电磁波谱

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电磁波：振动电磁场的传播，可用交变振动着的电场强度向量和磁场强度向量来表征；它们以相同的位相在两个互相垂直的平面上振动，而其传播方向与电场、磁场向量方向垂直，并为右手螺旋法则所确定，真空中的传播速度为 3x108m/s x

E x,t= E0 sin 2π (λ vt )

x H x,t= H 0 sin 2π (λ vt )

cλ=υ

X射线具波粒二象性作为光子流：用光子的能量E及动量P来表征；经验公式

r r E= hυ= hλ, P= hK r 1 K=λ波矢，方向为沿波的传播方向。c

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X射线作为一种电磁波，在其传播的过程中是携带一定的能量的，

即表示其强弱的程度。通常以单位时间内，通过垂直于X射线传播方向的单位面积上的能量来表示。当X射线当作波时，根据经典物理学，其强度I与电场强度向量的振幅E0的平方成正比。

I=

c 8π

E0

2

当将X射线看作光子流时，则其强度为光子密度和每个光子的能量的乘积。

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1.3 X射线的产生及X射线管

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1.3 X射线的产生及X射线管

同步辐射光源：同步辐射光源是在同步辐射加速器中产生的高强度光源，是高能带电粒子加速运动产生的副产物[ur负电子对撞机[/uPC):通过高能加速器加速正负电子，利用高速正负电子的对撞研究高能物理的基本过程；同时高能带电粒子加速运动产生的副产物——同步辐射可提供真空紫外线至硬X光波段的高强度光源，可用来开展各领域的研究工作。

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1.3 X射线的产生及X射线管

北京同步辐射装置(BSRF)简介北京同步辐射装置(BSRF)是利用同步辐射光源进行科学研究的装置，对社会开放的大型公用科学设施，是我国凝聚态物理、材料科学、化学、生命科学、资源环境及微电子等交叉学科开展科学研究的重要基地。

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1.3 X射线的产生及X射线管

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1.3 X射线的产生及X射线管X射线的产生：高速运动着的带电(或不带电)粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相作用

此外，还有旋转阳极X射线管、细聚焦X射线管

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1.4 X射线谱 (连续X射线、特征X射线)特征辐射 T2-13连续X射线谱及连续辐射管电压对连续谱影响 I连积分公式λ0

曲线连续变化

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短波极限 eV=hνmax=hc/λ0λ0=1.24/V (nm) V(kV)

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在X射线谱中某个波长处出现强度峰，峰窄而尖锐；此波长放映了物质的原子序数特征----特征X射线

T2-15特征X射线谱及管电压对特征谱的影响

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特征X射线产生：能量阈值En= Rhc 2 ( Z δ ) n2

hγ n2→n1= En2 En1激发--跃迁--能量降低

Δε KL=ε L ε K辐射出来的光子能量

Δε KL= hγ= hc/λ激发所需能量--与原子核的结合能Ek

eVk=-Ek=Wk

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特征X射线产生2 2 4