X射線衍射技術及其應用

前言

自1912年勞厄在他的學生Friedrich和Knipping的協(xié)助下從理論預測和實驗證明晶體的X射線衍射至今已有近100多年的歷史。由于它簡單易行，包含的信息豐富，除包含晶體結構本身的信息外，還包含晶體中各種缺陷及多晶聚集體的結構信息，如相結構、晶粒尺寸與分布、晶粒取向、各種層錯與反向疇等眾多信息，因此成為研究晶體結構及其與性能間關系的重要手段。某些能用它表征的晶體的結構是難以用其他方法取代表征的，如晶體的不完整性和織構等。因而X射線衍射在物理、化學、材料、地質等學科及石油、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、商品鑒定等領域都得到了廣泛的應用。筆者多年來一直從事晶體化學及x射線結構分析的教學和研究工作。隨著科學技術的發(fā)展，許多新人參加到X射線領域中來，很多人希望能盡快了解和掌握x射線衍射領域的新發(fā)展、新技術。在國內的許多期刊上，一些前輩與后起之秀已分別撰寫文章對X射線衍射的新發(fā)展、新技術、新應用等做過介紹。近年，更有梁敬魁的《粉末衍射法測定晶體結構》，胡家聰?shù)摹陡叻肿觴射線學》，滕鳳恩的《x射線結構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，但對于X射線衍射的實驗技術和數(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)展的各項新技術的書籍也是客觀需要。本書作者在近年工作的基礎上，盡力關注文獻的新發(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最新文獻介紹給讀者。希望讀者通過本書對X射線衍射技術當前的發(fā)展前沿有所了解，并可以作為深入學習和開展工作的基礎。全書共13章，主要內容包括X射線物理學基礎、X射線衍射方向、X射線強度、X射線衍射方法、多晶物相分析、晶體結構與點陣參數(shù)分析、應力測量與分析、衍射譜線形分析、多晶織構測量和單晶定向以及在薄膜、一維超點陣材料、聚合物高分子材料、納米材料和介孔材料分析中的應用等。本書是材料科學與工程專業(yè)高年級本科生和研究生的教學用書，也可供相關專業(yè)的科技人員參考。由于編者工作面較窄，對當前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，誠懇希望讀者不吝賜教，以便今后改正。

內容概要

《X射線衍射技術及其應用》介紹了X射線衍射技術近年來的發(fā)展，介紹著重在實驗技術和數(shù)據(jù)分析及某些應用方面。全書共13章，主要內容包括X射線物理學基礎、X射線衍射方向、X射線強度、X射線衍射方法、多晶物相分析、晶體結構與點陣參數(shù)分析、應力測量與分析、衍射譜線形分析、多晶織構測量和單晶定向以及在薄膜和一維超點陣材料、聚合物高分子材料、納米材料、介孔材料分析中的應用。

作者簡介

姜傳海，現(xiàn)擔任中國物理學會X射線衍射專業(yè)委員、中國晶體學會粉末衍射專業(yè)委員、中國機械工程學會理化檢驗分會委員、中國儀器學會高速分析專業(yè)委員、全國殘余應力專業(yè)委員及秘書長等。

書籍目錄

第1章 X射線物理學基礎1.1 X射線衍射分析發(fā)展簡史1.2 X射線本質及其波譜1.2.1 X射線本質1.2.2 X射線譜1.3 X射線與物質相互作用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射線吸收效應的應用1.4 X射線防護練習題第2章 X射線衍射方向2.1 晶體幾何學2.1.1 晶體結構2.1.2 晶體投影2.1.3 倒易點陣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題第3章 X射線衍射強度3.1 單個晶胞散射強度3.1.1 單個電子散射強度3.1.2 單個原子散射強度3.1.3 單個晶胞散射強度3.2 單個理想小晶體散射強度3.2.1 干涉函數(shù)3.2.2 衍射疇3.3 實際多晶體衍射強度3.3.1 實際小晶粒積分衍射強度3.3.2 實際多晶體衍射強度3.3.3 多晶體衍射強度計算方法練習題第4章 X射線衍射方法4.1 照相法4.1.1 德拜一謝樂法4.1.2 聚焦法4.1.3 『孔法4.2 衍射儀法4.2.1 測角儀4.2.2 計數(shù)器4.2.3 單色器4.3 測量條件4.3.1 試樣要求4.3.2 影響測量結果的因素4.3.3 測量條件示例練習題第5章 多晶物相分析5.1 標準卡片及其索引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 計算機檢索5.2.3 其他問題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 其他問題練習題第6章 晶體結構與點陣參數(shù)分析6.1 晶體結構識別6.1.1 基本原理6.1.2 立方晶系指標化6.1.3 其他問題6.2 點陣參數(shù)測定6.2.1 德拜法誤差來源6.2.2 衍射儀法誤差來源6.2.3 消除系統(tǒng)誤差方法6.3 晶體結構模型分析6.3.1 原理與方法6.3.2 其他問題練習題第7章 應力測量與分析7.1 測量原理7.1.1 內應力分類7.1.2 測量原理7.2 測量方法7.2.1 測量方式7.2.2 試樣要求7.2.3 測量參數(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 三維應力及薄膜應力測量7.4.1 三維應力測量7.4.2 薄膜應力測量練習題第8章 衍射譜線形分析8.1 譜線寬化效應及卷積關系8.1.1 幾何寬化效應8.1.2 物理寬化效應8.1.3 譜線卷積關系8.2 譜線寬化效應分離8.2.1 強度校正與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 結晶度計算8.4 小角X射線散射分析8.4.1 基本原理8.4.2 吉尼葉公式及應用練習題第9章 多晶織構測量和單晶定向9.1 多晶體織構測量9.1.1 織構分類9.1.2 極圖及其測量9.1.3 反極圖及其測量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9.2.2 單晶定向方法練習題第10章 薄膜和一維超點陣材料的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

章節(jié)摘錄

插圖：20世紀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。我國物理學家吳有訓參加了大量實驗工作，做出了卓越的貢獻，故該項散射又稱為康普頓一吳有訓散射。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陣原點附近小區(qū)域內的漫散射效應，它只和分散在另一均勻物質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，和散射中心內部的結構無關，因此是一種只反映置換無序而不反映位移無序的漫反射效應。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。在此基礎上，發(fā)展了X射線波在完整晶體中的干涉理論，可精確測定X射線波長、折射率、結構因數(shù)、消光距離及晶體點陣參數(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直的多色x射線束進行實驗；Broglie于1913年首先應用的周轉晶體法，利用旋轉或回擺單晶試樣和準直單色X射線束進行實驗；德拜（Debye）、謝樂（Scherrer）和HuU在1916年首先使用粉末法，利用粉末多晶試樣及準直單色X射線進行實驗。在照相技術上做出重要貢獻的有Seemann聚焦相機、帶彎晶單色器的Guinier’相機及Straumanis不對稱裝片法。1928年Geiger與Miiller首先應用蓋革計數(shù)器制成衍射儀，但效率均較低?，F(xiàn)代衍射儀是在20世紀40年代中期按Friedman設計制成的，包括高壓發(fā)生器、測角儀和輻射計數(shù)器等的聯(lián)合裝置，由于目前廣泛應用電子計算機進行控制和數(shù)據(jù)處理，已達到全自動化的程度。

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

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