x射线衍射
一、 作用：自20世纪初期开始X射线衍射已得到应用，并己成为固体科学和材 料科学中最重要和最有用的一种技术，用作晶体物质的指纹鉴定和用于晶体结构 的测定，其应用范围已遍及于物理、化学、地质学、生命科学、工程及材料科学 等各个领域，在材料科学与工程方面的贡献尤为显著，成为近代材料微观结构与 缺陷分析必不可少的重要手段之一。
二、 原理：将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时，X射线因在结晶内 遇到规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X射线在某些方向上相位得到加 强，从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。波长X可用己知的X射线衍 射角测定，进而求得面间隔，即结晶内原子或离子的规则排列状态。将求出的衍 射X射线强度和面间隔与已知的表对照，即可确定试样结晶的物质结构，此即定 性分析 三、 仪器设备
X射线衍射仪：X射线衍射仪是用射线探测器和测角仪探测衍射线的强度和位
置，并将它转化为电信号，然后借助于计算技术对数据进行自动记录、处理和分 析的仪器。
分类：X射线衍射仪按其结构和用途，主要可分为测定粉末试样的粉末衍射仪和 测定单晶结构的四圆衍射仪，此外还有微区衍射仪和双晶衍射仪等特种衍射仪。
X射线衍射仪由X射线发生器、测角仪、辐射探测器、测量电路及记录分析
系统等组成。
X射线发生器：主要由X射线管组成，其在阴极灯丝上安装加热电源后产生
活跃电子，然后在阴阳极之间加入压差，吸引电子高速撞击阳极后发生能量转换, 电子运动受阻后失去动能，其中绝大部分（99%左右）能量转变成热能使物体温 度升高，仅仅小部分（约1%）能量则转化为有效X射线，如下图X射线管结构 小意图：
测角仪：平板试样安装在试样台上，后者可围绕垂直于图4中的轴0旋转。
S为X射线源，即X射线管靶面上的线状焦斑，它与图面相垂直。当一束发散X
射线照射到试样上时，满足布拉格关系的某种晶面，其反射线便形成一根收敛光 束。RS为接收狭缝，它与计数管D-起安装在围绕。旋转的支架上。当计数管 转到合适位置时，便可接收到一根反射线，计数管角位置2。可从刻度尺上读出 并记录。当试样和计数管连续转动时，衍射仪就能自动描绘出衍射强度随2。角 的变化情况，即为X射线衍射图。
辐射探测器：X射线探测器是一种将X射线能量转换为可供记录的电信号的装 置。它接收到射线照射，然后产生与辐射强度成正比的电信号。通常探测器所接 受到的射线信号的强弱，取决于该部位的人体截面内组织的密度。密度高的组织, 例如骨骼吸收X射线较多，探测器接收到的信号较弱；密度较低的组织，例如脂 肪等吸收X射线较少，探测器获得的信号较强。这种不同组织对X射线吸收值不 同的性质可用组织的吸收系数m来表示，所以探测器所接收到的信号强弱所反映 的是人体组织不同的m值，从而对组织性质做出判断。 四、样品制备 样品种类：粉末样品、块状样品、微量样品、薄膜样品。 粉末样品：要求磨成320目的粒度，约40微米。粒度粗大衍射强度底，峰 形不好，分辨率低。要了解样品的物理化学性质，如是否易燃，易潮解，易腐蚀、 有毒、易挥发。粉末样品要求在3克左右，如果太少也需5毫克。样品可以是金 属、非金属、有机、无机材料粉末。 块状样品：金属样品如块状、板状、圆柱状要求磨成一个平面，面积不小于 10X10毫米，如果面积太小可以用几块粘贴一起。对于片状、圆柱状样品会存在 严重的择优取向，衍射强度异常。因此要求测试时，合理选择响应的方向平面。 对于测量金属样品的微观应力（晶格畸变），测量残余奥氏体，要求样品不 能简单粗磨，要求制备成金相样品，并进行普通抛光或电解抛光，消除表面应变 层。 薄膜样品：对于不同基体的薄膜样品，要了解检验确定基片的取向，X射线 测量的膜厚度约20个纳米。 五、谱图解析
1、从图中可以看到，晶面(400),(.110),、(.401),、(.202)和(-312)所对应的衍射
峰的 20 值在 30.1° ,30.4。，30.5°、31.7° 和 45.8° ,可以归属为 B ・Ga203(JCPDS
No.41-1103);晶面(012)、( 104)、( 110),(1!3),(024),(116),.(214)和(300)所对应的衍射
峰的 20 值在 24.5° ,33.8° ,36.0° ,41.4° 50.2° ,55.1° ,63.3° 和 64.8° ,可以 归属为a -GaOs(JCPDS No. 43-1013).另外，图3中衍射峰的20值在38.2° 44.4° 和77.6°所对应的(111).(200)和⑶1)晶面，可归属为Au(JCPDS No.65-2870).说明 了 X射线衍射不是只能分析单一组成，它可以区分同一化学组成中的不同品型(空 间排列方式不同)，也能区分同一化学组成是混合物还是固溶体.通常，对于混合物, 各物相的衍射峰叠加在一起，可能会掩盖一些衍射峰，如Au/CaOs样品X射线衍射 谱图中,GaOs在64.6°的衍射峰掩盖了 Au的(220)晶面所对应的衍射峰.
卵电 1 jJiLjjuux 一疽
HIM
10 20 30 40 50 60 70 80
2 Theta (degree)
图3样品Au/(；a2(),和(次))的粉末X射线衍射谱图
2、分析5%还原氧化石墨烯/氧空位Ti02 (5%RG0/ Ti02-0V)、5%还原氧化
石墨烯/Ti02 (5%RGO/TiO2)、空白氧空位 Ti02 (blank-TiO2-OV)和空白 Ti02
(blank Ti02)的结晶度，图 2 是 5%RG0/Ti02-0V. 5%RG0/Ti02. blank-TiO2-OV
和blank-TiO2的粉末X射线衍射图.从图2可以看出，四个样品都具有锐 钛矿TiO2(JCPDS No. 21-1272)的衍射峰.基于衍射峰的强度分析样品结晶度，
5%RGO/TiO2-OV的结晶度最高；次之是5%RGO/TiO2和blar)k-TiO2-OV,结晶度
相当；最低的是blank-TiO2,说明还原氧化石墨烯和氧空位的引入会不同程度 影响TiO2的结晶度
10 20 30 40 50 60 70 80
2 Theta (degree)
3、X射线衍射分析结果见上图，温度高于500 °C时聚碳硅烷分解产生C和 SiC：温度低于50() °C时聚碳硅烷不分解，500 °C分解产物的衍射图无尖锐的衍
射峰出现，因而为非晶态，在非晶态中，由于原子混乱排列而无规律性，也就没 有特定间距的晶面存在，故在X射线衍射图上无尖锐的衍射峰存在，但实际上非 晶态物质中原子间距分布在一定的尺区间，因此在衍射图出现宽化平的衍射峰, 这是非晶态物质衍射的特点，聚碳硅烷在500 °C分解产物与3-SiC衍射峰相比, 其宽化平坦的衍射峰与B -SiC三强线位置相对应，因此500°C分解产物是非晶态 的，并含有过量C利H。
85()°C分解产物为B-SiC和C;l200 °C分解产物为B-SiC和C,在该温度和
温时间生成微细的8-SiC,因而引起P-SiC衍射峰的宽化，1300 °C分解产物的 衍射图与1200 °C分解产物的衍射图基本相同，说明聚碳硅的分解产物在
1200-1300笆之间基本没有发生很大变化。
各个温度分解产物衍射图背底较大，这说明分解产物的纯度较低，残留有非晶 态物质，而这些非晶态物质如不在热分解时除去，对随后的低温热压烧结必将不 利。
文献来源：［1］张燕辉.结构化学中X射线衍射在科研中的应用［J］.闽南师范大学 学报：自然科学版,2017, 30(3):5.
［2］郭英奎.聚碳硅烷热分解的X射线衍射分析［J］.哈尔滨理工大学学报，1999, 4 ⑸:3.
［3］解其云，吴小山.X射线衍射进展简介［J］.物S, 2012,41(11):9.
六、与之相似的表征手段 核磁共振法、热分析法
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