XRD技术基础知识讲义.doc.doc

XRD技术，全称为X-ray Diffraction，是研究晶体结构的一种重要方法，其核心原理基于X射线的衍射现象。X射线是一种具有短波长（约20至0.06纳米）的电磁波，能穿透物质，引发荧光、使照相乳胶感光或气体电离。特征X射线则是由电子束轰击金属靶时产生的，与靶中特定元素相对应，具有特定波长。 1912年，德国物理学家劳厄（M.von Laue）提出假设，晶体可以作为X射线的空间衍射光栅，当X射线穿过晶体时，会发生衍射，衍射波的叠加导致射线强度在某些方向增强，其他方向减弱。1913年，布拉格父子（W.H.Bragg, W.L.Bragg）在劳厄理论的基础上，通过实验成功解析NaCl、KCl等晶体结构，并提出了著名的布拉格定律：2d sinθ = nλ。这里的λ是X射线的波长，d是晶体的点阵平面间距，θ是入射角的余角（布拉格角），n是衍射级数，可以是任何正整数。当X射线以特定角度入射到原子面上时，满足布拉格定律的衍射线将在反射方向增强。 衍射实质上是干涉的综合效果，是无数个干涉的叠加。在大学物理中，衍射公式是通过干涉公式积分推导得出的。衍射现象通常需要考虑物理条件，例如小孔或障碍物的尺寸，而干涉模型则不受物理条件限制，是理想化的数学模型。实际上，衍射可以视为无穷多个点光源（将有物理尺寸的孔或障碍物分割成无数个点）相互叠加的问题，简化为无穷个两点干涉问题。 简易的衍射实验可以用头发丝来演示，将头发丝置于光线前，观察到的彩色条纹就是衍射现象。而干涉实验可以通过两个极细缝隙的设置，让阳光或白炽灯光通过，光屏上出现的七彩条纹则表明发生了干涉现象。 XRD技术在材料科学、地质学、化学、生物学等领域有广泛应用，主要用于确定晶体的结构参数，如晶格常数、晶胞参数、原子位置以及原子配位环境等，对于了解材料的微观结构至关重要。此外，还可以用来检测材料的相变、缺陷分析、粒度大小及分布等。因此，XRD技术是现代科学研究和工业生产中不可或缺的工具之一。