X射線衍射技術(shù)及其應(yīng)用

前言

自1912年勞厄在他的學(xué)生Friedrich和Knipping的協(xié)助下從理論預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)證明晶體的X射線衍射至今已有近100多年的歷史。由于它簡(jiǎn)單易行，包含的信息豐富，除包含晶體結(jié)構(gòu)本身的信息外，還包含晶體中各種缺陷及多晶聚集體的結(jié)構(gòu)信息，如相結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸與分布、晶粒取向、各種層錯(cuò)與反向疇等眾多信息，因此成為研究晶體結(jié)構(gòu)及其與性能間關(guān)系的重要手段。某些能用它表征的晶體的結(jié)構(gòu)是難以用其他方法取代表征的，如晶體的不完整性和織構(gòu)等。因而X射線衍射在物理、化學(xué)、材料、地質(zhì)等學(xué)科及石油、化工、礦產(chǎn)、冶金、建筑材料、信息工業(yè)、航空航天、環(huán)保、醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)部門及司法、商品鑒定等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。筆者多年來(lái)一直從事晶體化學(xué)及x射線結(jié)構(gòu)分析的教學(xué)和研究工作。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多新人參加到X射線領(lǐng)域中來(lái)，很多人希望能盡快了解和掌握x射線衍射領(lǐng)域的新發(fā)展、新技術(shù)。在國(guó)內(nèi)的許多期刊上，一些前輩與后起之秀已分別撰寫文章對(duì)X射線衍射的新發(fā)展、新技術(shù)、新應(yīng)用等做過(guò)介紹。近年，更有梁敬魁的《粉末衍射法測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)》，胡家聰?shù)摹陡叻肿觴射線學(xué)》，滕鳳恩的《x射線結(jié)構(gòu)分析與材料性能表征》，叢秋滋的《多晶二維X射線衍射》等專著出版，但對(duì)于X射線衍射的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法尚缺乏比較系統(tǒng)完整的書籍。因此，撰寫一本比較系統(tǒng)完整地介紹近年發(fā)展的各項(xiàng)新技術(shù)的書籍也是客觀需要。本書作者在近年工作的基礎(chǔ)上，盡力關(guān)注文獻(xiàn)的新發(fā)展，在書中除敘述X射線衍射的基本原理和方法概貌外，盡可能將查到的有關(guān)最新文獻(xiàn)介紹給讀者。希望讀者通過(guò)本書對(duì)X射線衍射技術(shù)當(dāng)前的發(fā)展前沿有所了解，并可以作為深入學(xué)習(xí)和開(kāi)展工作的基礎(chǔ)。全書共13章，主要內(nèi)容包括X射線物理學(xué)基礎(chǔ)、X射線衍射方向、X射線強(qiáng)度、X射線衍射方法、多晶物相分析、晶體結(jié)構(gòu)與點(diǎn)陣參數(shù)分析、應(yīng)力測(cè)量與分析、衍射譜線形分析、多晶織構(gòu)測(cè)量和單晶定向以及在薄膜、一維超點(diǎn)陣材料、聚合物高分子材料、納米材料和介孔材料分析中的應(yīng)用等。本書是材料科學(xué)與工程專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生的教學(xué)用書，也可供相關(guān)專業(yè)的科技人員參考。由于編者工作面較窄，對(duì)當(dāng)前X射線衍射的發(fā)展了解不夠全面、深入，疏漏、不足之處在所難免，誠(chéng)懇希望讀者不吝賜教，以便今后改正。

內(nèi)容概要

《X射線衍射技術(shù)及其應(yīng)用》介紹了X射線衍射技術(shù)近年來(lái)的發(fā)展，介紹著重在實(shí)驗(yàn)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析及某些應(yīng)用方面。全書共13章，主要內(nèi)容包括X射線物理學(xué)基礎(chǔ)、X射線衍射方向、X射線強(qiáng)度、X射線衍射方法、多晶物相分析、晶體結(jié)構(gòu)與點(diǎn)陣參數(shù)分析、應(yīng)力測(cè)量與分析、衍射譜線形分析、多晶織構(gòu)測(cè)量和單晶定向以及在薄膜和一維超點(diǎn)陣材料、聚合物高分子材料、納米材料、介孔材料分析中的應(yīng)用。

作者簡(jiǎn)介

姜傳海，現(xiàn)擔(dān)任中國(guó)物理學(xué)會(huì)X射線衍射專業(yè)委員、中國(guó)晶體學(xué)會(huì)粉末衍射專業(yè)委員、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)理化檢驗(yàn)分會(huì)委員、中國(guó)儀器學(xué)會(huì)高速分析專業(yè)委員、全國(guó)殘余應(yīng)力專業(yè)委員及秘書長(zhǎng)等。

書籍目錄

第1章 X射線物理學(xué)基礎(chǔ)1.1 X射線衍射分析發(fā)展簡(jiǎn)史1.2 X射線本質(zhì)及其波譜1.2.1 X射線本質(zhì)1.2.2 X射線譜1.3 X射線與物質(zhì)相互作用1.3.1 X射線散射1.3.2 X射線真吸收1.3.3 X射線衰減規(guī)律1.3.4 X射線吸收效應(yīng)的應(yīng)用1.4 X射線防護(hù)練習(xí)題第2章 X射線衍射方向2.1 晶體幾何學(xué)2.1.1 晶體結(jié)構(gòu)2.1.2 晶體投影2.1.3 倒易點(diǎn)陣2.2 布拉格方程2.2.1 布拉格方程2.2.2 布拉格方程的討論2.2.3 倒易空間中的衍射條件2.3 厄瓦爾德圖解2.3.1 厄瓦爾德圖解2.3.2 厄瓦爾德圖解示例練習(xí)題第3章 X射線衍射強(qiáng)度3.1 單個(gè)晶胞散射強(qiáng)度3.1.1 單個(gè)電子散射強(qiáng)度3.1.2 單個(gè)原子散射強(qiáng)度3.1.3 單個(gè)晶胞散射強(qiáng)度3.2 單個(gè)理想小晶體散射強(qiáng)度3.2.1 干涉函數(shù)3.2.2 衍射疇3.3 實(shí)際多晶體衍射強(qiáng)度3.3.1 實(shí)際小晶粒積分衍射強(qiáng)度3.3.2 實(shí)際多晶體衍射強(qiáng)度3.3.3 多晶體衍射強(qiáng)度計(jì)算方法練習(xí)題第4章 X射線衍射方法4.1 照相法4.1.1 德拜一謝樂(lè)法4.1.2 聚焦法4.1.3 『孔法4.2 衍射儀法4.2.1 測(cè)角儀4.2.2 計(jì)數(shù)器4.2.3 單色器4.3 測(cè)量條件4.3.1 試樣要求4.3.2 影響測(cè)量結(jié)果的因素4.3.3 測(cè)量條件示例練習(xí)題第5章 多晶物相分析5.1 標(biāo)準(zhǔn)卡片及其索引5.1.1 卡片介紹5.1.2 索引方法5.2 定性物相分析5.2.1 手工檢索5.2.2 計(jì)算機(jī)檢索5.2.3 其他問(wèn)題5.3 定量物相分析5.3.1 基本原理5.3.2 分析方法5.3.3 其他問(wèn)題練習(xí)題第6章 晶體結(jié)構(gòu)與點(diǎn)陣參數(shù)分析6.1 晶體結(jié)構(gòu)識(shí)別6.1.1 基本原理6.1.2 立方晶系指標(biāo)化6.1.3 其他問(wèn)題6.2 點(diǎn)陣參數(shù)測(cè)定6.2.1 德拜法誤差來(lái)源6.2.2 衍射儀法誤差來(lái)源6.2.3 消除系統(tǒng)誤差方法6.3 晶體結(jié)構(gòu)模型分析6.3.1 原理與方法6.3.2 其他問(wèn)題練習(xí)題第7章 應(yīng)力測(cè)量與分析7.1 測(cè)量原理7.1.1 內(nèi)應(yīng)力分類7.1.2 測(cè)量原理7.2 測(cè)量方法7.2.1 測(cè)量方式7.2.2 試樣要求7.2.3 測(cè)量參數(shù)7.3 數(shù)據(jù)處理方法7.3.1 衍射峰形處理7.3.2 定峰方法7.3.3 誤差分析7.4 三維應(yīng)力及薄膜應(yīng)力測(cè)量7.4.1 三維應(yīng)力測(cè)量7.4.2 薄膜應(yīng)力測(cè)量練習(xí)題第8章 衍射譜線形分析8.1 譜線寬化效應(yīng)及卷積關(guān)系8.1.1 幾何寬化效應(yīng)8.1.2 物理寬化效應(yīng)8.1.3 譜線卷積關(guān)系8.2 譜線寬化效應(yīng)分離8.2.1 強(qiáng)度校正與K。雙線分離8.2.2 幾何寬化與物理寬化的分離8.2.3 細(xì)晶寬化與顯微畸變寬化的分離8.3 非晶材料X射線分析8.3.1 徑向分布函數(shù)8.3.2 結(jié)晶度計(jì)算8.4 小角X射線散射分析8.4.1 基本原理8.4.2 吉尼葉公式及應(yīng)用練習(xí)題第9章 多晶織構(gòu)測(cè)量和單晶定向9.1 多晶體織構(gòu)測(cè)量9.1.1 織構(gòu)分類9.1.2 極圖及其測(cè)量9.1.3 反極圖及其測(cè)量9.1.4 三維取向分布函數(shù)9.2 單晶定向9.2.1 單晶勞厄相的特點(diǎn)9.2.2 單晶定向方法練習(xí)題第10章 薄膜和一維超點(diǎn)陣材料的X射線分析10.1 薄膜分析中常用的X射線方法10.1.1 低角度X射線散射和衍射10.1.2 掠入射X射線衍射10.1.3 粉末衍射儀和薄膜衍射儀10.1.4 雙晶衍射儀和多重晶衍射儀10.1.5 其他方法10.2 原子尺度薄膜的研究……第11章 聚合物和高分子材料的X射線分析第12章 納米材料的X射線分析第13章 介也材料的X射線分析附錄參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：20世紀(jì)20年代，康普頓（Compton）等發(fā)現(xiàn)了X射線非相干散射現(xiàn)象，稱為康普頓散射。我國(guó)物理學(xué)家吳有訓(xùn)參加了大量實(shí)驗(yàn)工作，做出了卓越的貢獻(xiàn)，故該項(xiàng)散射又稱為康普頓一吳有訓(xùn)散射。1939年GLdnier。和Hosemann分別發(fā)展了X射線小角度散射理論。小角度散射就是在倒易點(diǎn)陣原點(diǎn)附近小區(qū)域內(nèi)的漫散射效應(yīng)，它只和分散在另一均勻物質(zhì)中尺度為幾到幾十納米的散射中心的形狀、大小和分布狀態(tài)有關(guān)，和散射中心內(nèi)部的結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，因此是一種只反映置換無(wú)序而不反映位移無(wú)序的漫反射效應(yīng)。1959年Kato和Lang發(fā)現(xiàn)了X射線的干涉現(xiàn)象，觀察到干涉條紋。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了X射線波在完整晶體中的干涉理論，可精確測(cè)定X射線波長(zhǎng)、折射率、結(jié)構(gòu)因數(shù)、消光距離及晶體點(diǎn)陣參數(shù)。X射線的分析方法主要是照相法和衍射儀法。勞厄等人在1912年創(chuàng)用的勞厄法，利用固定的單晶試樣和準(zhǔn)直的多色x射線束進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；Broglie于1913年首先應(yīng)用的周轉(zhuǎn)晶體法，利用旋轉(zhuǎn)或回?cái)[單晶試樣和準(zhǔn)直單色X射線束進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；德拜（Debye）、謝樂(lè)（Scherrer）和HuU在1916年首先使用粉末法，利用粉末多晶試樣及準(zhǔn)直單色X射線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在照相技術(shù)上做出重要貢獻(xiàn)的有Seemann聚焦相機(jī)、帶彎晶單色器的Guinier’相機(jī)及Straumanis不對(duì)稱裝片法。1928年Geiger與Miiller首先應(yīng)用蓋革計(jì)數(shù)器制成衍射儀，但效率均較低?，F(xiàn)代衍射儀是在20世紀(jì)40年代中期按Friedman設(shè)計(jì)制成的，包括高壓發(fā)生器、測(cè)角儀和輻射計(jì)數(shù)器等的聯(lián)合裝置，由于目前廣泛應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理，已達(dá)到全自動(dòng)化的程度。

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《X射線衍射技術(shù)及其應(yīng)用》是材料科學(xué)與工程專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生的教學(xué)用書，也可供相關(guān)專業(yè)的科技人員參考?！禭射線衍射技術(shù)及其應(yīng)用》是由華東理工大學(xué)出版社出版的。

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