xrd全称

XRD

一、原理

摘自-固体催化剂的研究方法-第十章多晶X射线衍射

决定物质性能的因素除了其分子的化学组成外，还有相关原子在空间结合成分子或物质的方式，即结构型式。

自然界中的晶体大小悬殊、形状各异，然而，深入观察不难发现它们有惊人的一致性。理想的晶体结构是具有一定对称性关系的、周期的、无限的三维点阵结构。一个点阵点代表结构中一个不对称单元。晶体的理想外形和宏观物理性质制约于32点群，而原子和分子水平上的空间结构的对称性则分属于230个空间群。

X 射线是一种电磁波，入射晶体时晶体中产生周期变化的电磁场。原子中的电子和原子核受迫振动，原子核的振动因其质量很大而忽略不计。振动着的电子成为次生 X 射线的波源，其波长、周相与入射光相同。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相互叠加，称之为相干散射或 Bragg 散射，也称衍射。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。衍射强度由晶胞中各个原子及其位置决定。衍射方向和衍射强度均可被一定的实验装置记录下来。 （1）衍射方向 Bragg方程：

晶体的空间点阵可以划分成若干个平面点阵族。平面点阵族是一组相互平行间距相等的平面，以晶面指标 h★k★l★表

XRD

一、原理

摘自-固体催化剂的研究方法-第十章多晶X射线衍射

决定物质性能的因素除了其分子的化学组成外，还有相关原子在空间结合成分子或物质的方式，即结构型式。

自然界中的晶体大小悬殊、形状各异，然而，深入观察不难发现它们有惊人的一致性。理想的晶体结构是具有一定对称性关系的、周期的、无限的三维点阵结构。一个点阵点代表结构中一个不对称单元。晶体的理想外形和宏观物理性质制约于32点群，而原子和分子水平上的空间结构的对称性则分属于230个空间群。

X 射线是一种电磁波，入射晶体时晶体中产生周期变化的电磁场。原子中的电子和原子核受迫振动，原子核的振动因其质量很大而忽略不计。振动着的电子成为次生 X 射线的波源，其波长、周相与入射光相同。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相互叠加，称之为相干散射或 Bragg 散射，也称衍射。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。衍射强度由晶胞中各个原子及其位置决定。衍射方向和衍射强度均可被一定的实验装置记录下来。 （1）衍射方向 Bragg方程：

晶体的空间点阵可以划分成若干个平面点阵族。平面点阵族是一组相互平行间距相等的平面，以晶面指标 h★k★l★表

XRD技术在材料研究中的应用

摘要：作为一种考察物质微观结构形态的方法，无论在小分子领域，还是在大分子领域，X射线衍射（XRD）所分析和测定的内容基本上是相同的。本文主要介绍了X射线衍射在材料研究中的应用，并举例说明了X射线衍射在分析和测定纳米材料中的应用。

关键词：X射线衍射 物相分析 聚集态结构 结晶度 取向程度

1895年，伦琴在研究阴极射线时发现了X射线。在随后多年的研究中，科学家除发现X射线通过不同物质会留下衬度的像外，还发现X射线很多其他特性，包括很强的穿透能力（甚至能穿透几厘米厚的铝板）、直线传播等，但对X射线的本质还在热烈的探索和激烈的争论中。这个争论持续了很多年，也困扰了科学界很多年：究竟X射线是一种粒子流还是一种波长很短的波?

直到101年前，劳厄等证明X射线对硫酸铜晶体具有衍射能力，揭开了X射线衍射分析晶体结构的序幕。101年的发展，X射线衍射己经成为自然科学乃至医学、考古、历史学等众多学科发展的必备技术。物质世界95%的固体物质都可看作是结晶态的，包括单晶和多晶。利用X射线与固体物质相互作用从而产生衍射这一特性，可以无损、快速和简单地鉴别固体物质的物相组成和晶体结构信息等[1]。

X射线衍射是指X射线受到原子核

X射线多晶体衍射的一些应用

该题目下的文章录自《近代X射线多晶体衍射—实验技术与数据分析》（马礼敦，化学工业出版社，2004）第11章。内容很多，这是第7部分。

七 超导与陶瓷工业

陶瓷是从史前先民一直使用到现在的材料，是人们生活离不开的材料。当前，它的应用领域已大大超出制作日用器的范畴，各种功能陶瓷（高温超导，光电与压电，耐热与隔热等）的优良性能正在造福人类。X射线多晶体衍射在超导体与陶瓷的研究、制造中有着重要的作用。

（一）固相反应历程

曾有一些人进行过研究，提出过不尽相同的反应历程。Holland等认为用硝酸盐作原料，在750℃以上反应时会生成中间物BaCuO2和Y2BacuO5，若在750℃以上则不会。杨君川等提出了两步反应机构。黄爱琴等提出的是三步反应机构。而Fukunaga等提出了一个四步反应机构。马礼郭等也研究过这一反应。他们是以氧化物和碳酸钡为原料。设计了两种热处理过程：一是升温过程（750～950℃），将按化学计量比配压制成的圆片送入750℃的马费炉中，然后从750℃升温至950℃。在750℃，820℃，950℃取样作X射线多晶衍射分析，衍射图见图11-51。

二是定温过程。将圆片直接送入950℃的炉中灼烧，炉温保持不变，在

XRD晶粒尺寸分析

注：晶粒尺寸和晶面间距不同

计算晶粒大小：谢乐公式：D=kλ/βcosθ

D—垂直于反射晶面（hkl）的晶粒平均粒度 D是晶粒大小 β--（弧度）为该晶面衍射峰值半高宽的宽化程度 K—谢乐常数，取决于结晶形状，常取0.89 θ--衍射角

λ---入射X射线波长（?）

计算晶面间距：布拉格方程：2dsinθ=nλ d是晶面间距。

此文档是用XRD软件来分析晶粒尺寸，用拟合的办法，而不是用谢乐公式

很多人都想算算粒径有多大。

其实，我们专业的术语不叫粒径，而叫“亚晶尺寸”，它表征的并不是一个颗粒的直径。

A 这么说吧，粉末由很多“颗粒”组成，每个颗粒由很多个“晶粒”聚集而成，一个晶粒由很多个“单胞”拼接组成。X射线测得的晶块尺寸是指衍射面指数方向上的尺寸，如果这个方向上有M个单胞，而且这个方向上的晶面间距为d，则测得的尺寸就是Md。如果某个方向（HKL）的单胞数为N，晶面间距为d1，那么这个方向的尺寸就是Nd1。由此可见，通过不同的衍射面测得的晶块尺寸是不一定相同的。

B 如果这个晶粒是一个完整的，没有缺陷的晶粒，可以将其视为一个测试单位，但是，如果这个晶粒有缺陷，那

第一章 X射线的物理学基础

1.X射线的本质是什么？并请叙述其特征。

答：X射线的本质是电磁波，与可见光完全相同；其波长介于紫外线与γ射线之间，约为0.01—10nm的范围。

X射线的特征：波长短、光子能量大。在通常实验条件下，很难观察到X射线的反射；对于所有的介质，X射线的折射率n都很接近于1。

2.X衍射实验中选择X射线管以及滤波片的原则是什么？

答：滤波片的选择: (1)它的吸收限位于辐射源的Kα和K β之间，且尽量靠近K α 。强烈吸收Kβ，K吸收很小；(2)滤波片的厚度以将Kα强度降低一半最佳。 Z靶<40时 Z滤片=Z靶-1； Z靶>40时 Z滤片=Z靶-2；

阳极靶的选择:（1）阳极靶K波长稍大于试样的K吸收限；（2）试样对X射线的吸收最小。 Z靶≤Z试样+1。

（1）X衍射仪常采用Cu靶，Cu的特征X射线及其波长为 ，需要用滤波片或单色器去除 ，用软件去除 。（多选题） aＫα１，1.5406埃；b Ｋα２，1.5444埃； c Ｋβ，1.392埃 答案：a, c, b

（2）X衍射选用Cu靶，相配的滤波片为 (单选题) a Cu b Fe c Ni d Al 答案

图1是采用NH4HCO3作为沉淀剂，制备的前驱体于1000℃下煅烧获得的Nd:YAG纳米粉体的XRD图谱。

图1 碳酸氢铵法1000℃煅烧获得的Nd:YAG纳

米粉体的XRD图谱

测试条件：采用日本理学公司的UltamⅣ型X射线衍射仪，对不同温度煅烧后所得粉体进行X射线衍射（XRD）测试，CuKα1辐射，λ=0.15405nm，X射线管电压为40kV，管电流为

20mA，扫描速率为4/min，扫描范围（2θ）10~80。

实验采用Al(NO3)3·9H2O、Y2O3、Nd2O3、HNO3等为主要原料。首先用HNO3溶解Y2O3、Nd2O3，并配制成一定浓度的硝酸盐溶液，然后按石榴石Ndx:Y3-xAl5O12（x为Nd的掺杂浓度）的配比将铝盐、钇盐和钕盐溶液混合，采用反向滴定，将混合盐溶液以小于2ml/min的滴定速度分别滴入NH4HCO3溶液中，边滴定边搅拌，滴定完成后继续搅拌、陈化24小时。将陈化好的悬浊液进行真空吸滤，将吸滤后的沉淀依次进行两次水洗、醇洗。将得到的前驱体沉淀物放入90℃的烘箱烘干，最后将干燥后的沉淀物于不同温度下热处理。

3+

o

o

o

根据实验采用的原料分析：煅烧后获得的粉体中可能含有立方晶格的石榴石结构的Y3Al5O12（YA

材料现代分析方法习题集

X射线衍射分析习题

习 题 一

1．名词解释：相干散射（汤姆逊散射）、不相干散射（康普顿散射）、荧光辐射、俄歇效应、吸收限、俄歇效应。

2．在原子序24（Cr）到74（W）之间选择7种元素，根据它们的特征谱波长（Kα1），用图解法验证莫塞莱定律。

3．若X射线管的额定功率为1.5kW，在管电压为35kV时，容许的最大电流是多少？

4．讨论下列各组概念中二者之间的关系： 1）同一物质的吸收谱和发射谱；

2）X射线管靶材的发射谱与其配用的滤波片的吸收谱。

5．为使Cu靶的Kβ线透射系数是Kα线透射系数的1/6，求滤波片的厚度。

6．画出MoKα辐射的透射系数（I/I0）-铅板厚度（t）的关系曲线（t取0~1mm）。

7．欲用Mo靶X射线管激发Cu的荧光X射线辐射，所需施加的最低管电压是多少？激发出的荧光辐射的波长是多少？ 8．X射线的本质是什么？

9．如何选用滤波片的材料？如何选用X射线管的材料？

10．实验中选择X射线管以及滤波片的原则是什么？已知一个以Fe

为主要成分的样品，试选择合适的X射线管和合适的滤波片。 11．计算0.071nm(MoKα)和0.154nm(CuKα)的X射线振动频率和能量。 12．为使CuKα的

第一章 X射线的物理学基础

1.X射线的本质是什么？并请叙述其特征。

答：X射线的本质是电磁波，与可见光完全相同；其波长介于紫外线与γ射线之间，约为0.01—10nm的范围。

X射线的特征：波长短、光子能量大。在通常实验条件下，很难观察到X射线的反射；对于所有的介质，X射线的折射率n都很接近于1。

2.X衍射实验中选择X射线管以及滤波片的原则是什么？

答：滤波片的选择: (1)它的吸收限位于辐射源的Kα和K β之间，且尽量靠近K α 。强烈吸收Kβ，K吸收很小；(2)滤波片的厚度以将Kα强度降低一半最佳。 Z靶<40时 Z滤片=Z靶-1； Z靶>40时 Z滤片=Z靶-2；

阳极靶的选择:（1）阳极靶K波长稍大于试样的K吸收限；（2）试样对X射线的吸收最小。 Z靶≤Z试样+1。

（1）X衍射仪常采用Cu靶，Cu的特征X射线及其波长为 ，需要用滤波片或单色器去除 ，用软件去除 。（多选题） aＫα１，1.5406埃；b Ｋα２，1.5444埃； c Ｋβ，1.392埃 答案：a, c, b

（2）X衍射选用Cu靶，相配的滤波片为 (单选题) a Cu b Fe c Ni d Al 答案

一、PAHs/多环芳香烃是什么

是指具有两个或者两个以上的苯的一类有机化合物。是分子中含有两个以上苯环的碳氢化合物，包括萘、蒽、菲、芘等150余种化合物。英文全称polycyclic aromatic hydrocarbon,简称PAHS。有些还含有氮、硫和环戊烷，常见的多环芳具有致癌作用的为四到六种的稠环化合物。国家癌研究中心（IARC）（1976）年列出的94种对实验动物致癌的化合物。其中15种属于PAHS，由于苯并[a]芘是第一个被发现的环境化学致癌物，而且致癌性很强，故常以苯并[a]芘作为PAHS的代表，它占全部致癌性PAHS1%-20%。

二、多环芳香烃的主要成分

目前确定的PAHS常见的16种同类物质主要包括： 1 Naphthalene 萘

2 Acenaphthylene 苊烯 3 Acenaphthene 苊 4 Fluorene 芴 5 Phenanthrene 菲 6 Anthracene 蒽 7 Fluoranthene 荧蒽 8 Pyrene 芘

9 Benzo(a)anthracene 苯并（a）蒽 10 Chrysene 屈

11 Benzo(b)fluoranthene 苯并（b）荧蒽