【正文】 ? 近年來由于衍射儀與電子計算機的結(jié)合，是從操作，測量到數(shù)據(jù)處理已大體上實現(xiàn)了自動化。 ? 衍射儀的實驗參數(shù)主要有以下幾個，狹縫寬度、掃描速度、時間常數(shù)、走紙速度。因此，三種方法不可互相取代。 清華大學(xué)化學(xué)系 表面與材料實驗室 38 定性分析 ? 定性分析鑒別出待測樣品是由哪些 “ 物相 ” 所組成。每種物質(zhì)都有特定的晶格類型和晶胞尺寸，而這些又都與衍射角和衍射強度有著對應(yīng)關(guān)系，所以可以象根據(jù)指紋來鑒別人一樣用衍射圖像來鑒別晶體物質(zhì)，即將未知物相的衍射花樣與已知物相的衍射花樣相比較。 Hanawalt早在 30年代就開始搜集并獲得了上千種已知物質(zhì)的衍射花樣，又將其加以科學(xué)分類，以標(biāo)準(zhǔn)卡片的形式保存這些花樣，這就是粉末衍射卡片（ PDF）。又上角標(biāo)號★表示數(shù)據(jù)高度可靠；○表示可靠性較低；無符號者表示一般； i表示已指數(shù)化和估計強度，但不如有星號的卡片可靠；有 c表示數(shù)據(jù)為計算值。在名稱后面列出物質(zhì)的化學(xué)式、其衍射圖樣中三根最強線的 d值和相對強度，以及物質(zhì)的卡片序號。被分析的對象中所可能含有的物相，往往可以從文獻中查到或估計出來，這時便可通過字母索引將有關(guān)卡片找出，與待定衍射花樣對比，即可迅速確定物相。該索引將已經(jīng)測定的所有物質(zhì)的三條最強線的面間距 d1值從大到小按順序分組排列。分別以 d1d2dd2d3d d3d1d2進行排列。 清華大學(xué)化學(xué)系 表面與材料實驗室 42 自動檢索 ? 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，微型計算機也被引入了物相分析，進行自動檢索，這就大大節(jié)約了人力和時間。以上步驟都是在計算機中自動完成的。 清華大學(xué)化學(xué)系 表面與材料實驗室 43 定量分析 ? 定量分析的依據(jù)是： ? 各相衍射線的強度隨該相含量的增加而增加（即物相的相對含量越高，則 X衍射線的相對強度也越高。 ? 內(nèi)標(biāo)法 把試樣中待測相的某根衍射線強度與摻入試樣中含量已知的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的某根衍射線強度相比較。按照應(yīng)力平衡的范圍分為三類： ? 第一類內(nèi)應(yīng)力，在物體宏觀體積范圍內(nèi)存在并平衡的應(yīng)力，此類應(yīng)力的釋放將使物體的宏觀尺寸發(fā)生變化。材料加工變形（拔絲，軋制），熱加工（鑄造，焊接，熱處理）等均會產(chǎn)生宏觀內(nèi)應(yīng)力。第三類內(nèi)應(yīng)力，在若干原子范圍內(nèi)存在并平衡的應(yīng)力。下圖是三類內(nèi)應(yīng)力的示意圖，分別用 sl,sll,slll表示 清華大學(xué)化學(xué)系 表面與材料實驗室 46 殘余應(yīng)力 清華大學(xué)化學(xué)系 表面與材料實驗室 47 測量原理 ? 金屬材料一般都是多晶體，在單位體積中含有數(shù)量極大的，取向任意的晶粒，因此，從空間任意方向都能觀察到任一選定的 {hkl}晶面。 清華大學(xué)化學(xué)系 表面與材料實驗室 48 測量原理 ? 當(dāng)存在有平行于表面的張引力（如 sf）作用于該多晶體時，各個晶粒的晶面間距將發(fā)生程度不同的變化，與表面平行的 {hkl)（ y=0o）晶面間距會因泊松比而縮小，而與應(yīng)力方向垂直的同一{hkl)（ y=90o）晶面間距將被拉長。即是說，隨晶粒取向的不同，將從 0度連續(xù)變到 90度，而面間距的改變將從某一負(fù)值連續(xù)變到某一正值。 清華大學(xué)化學(xué)系 表面與材料實驗室 49 測量原理 ? 用 X射線法可以側(cè)得沿 OQ方向上的應(yīng)變： ? 例如，對鋼鐵材料，以基體鐵素體相的應(yīng)力代表構(gòu)件承受的殘余應(yīng)力，在用 CrKa 輻射作光源（ l Ka =） ,取鐵素體的 {211}晶面測定，其應(yīng)力常數(shù) K=。 ? 對薄膜分析，通常的要求是入射角必須高度精確。 ? 薄膜掠射分析：薄膜相分析 ? 反射率儀：密度、厚度、表面與界面粗糙度測量 清華大學(xué)化學(xué)系 表面與材料實驗室 52 薄膜掠射分析：薄膜相分析 ? X射線輻射具有較大穿透深度能力，故而 X射線衍射不具有表面敏感性。 ? 衍射儀在采用掠入射幾何后便具有了表面敏感性 ? 薄膜層的相分析； ? 納米尺度的表面靈敏度 ? 相組份的深度分布 清華大學(xué)化學(xué)系 表面與材料實驗室 53 圖 5 XRD研究 Au /Si薄膜材料的界面物相分布 清華大學(xué)化學(xué)系 表面與材料實驗室 54 薄膜的 XRD研究 10 20 30 40 50 60Counts [a.u.]2 θ [ o ]S u b s tr a te o f A l2O3/S iO r i g i n a l f i lm o f L a C o O3P o i s o n e d a t 5 0 0OC , 3 h r sP o i s o n e d a t 7 0 0oC , 3 h r s20 30 40 50 60ABCDEFθ 2 [。 ，可指標(biāo)化為 101晶面。 ，測量獲得的半高寬為 176。 3. D101＝ Kλ/B1/2cosθ＝ 、（ ）＝ nm。根據(jù) Nd101＝ D101， d101為 101面的晶面間距。由此可以獲得 TiO2納米晶粒在垂直于 101晶面方向上平均有 61個晶面組成。當(dāng)已知納米材料的晶體密度 ρ和晶粒大小，就可以利用公式 ｓ＝ 6/ρD進行比表面計算 清華大學(xué)化學(xué)系 表面與材料實驗室 60 晶粒度測量的例子 LaCoO3 Temperature/℃ , for 2 hours 500℃ 600℃ 700℃ 800℃ 900℃ Average grain size, Dg/nm 1520 20 25 100150 200 Average crystal size, Dc/nm Amorphous 清華大學(xué)化學(xué)系 表面與材料實驗室 61 小角 X衍射 ? 在納米多層膜材料中，兩薄膜層材料反復(fù)重疊，形成調(diào)制界面。 ? 由于多層膜的調(diào)制周期比金屬和化合物的最大晶面間距大得多，所以只有小周期多層膜調(diào)制界面產(chǎn)生的 XRD衍射峰可以在小角度衍射時觀察到，而大周期多層膜調(diào)制界面的 XRD衍射峰則因其衍射角度更小而無法進行觀測。 清華大學(xué)化學(xué)系 表面與材料實驗室 62 TiN/AlN納米多層膜的 XRD小角度衍射譜 清華大學(xué)化學(xué)系 表面與材料實驗室 63 粘土的小角 XRD衍射圖 已二胺處理后粘土的小角 XRD衍射圖 清華大學(xué)化學(xué)系 表面與材料實驗室 64 XRD研究介孔結(jié)構(gòu) ? XRD的小角衍射還可以用來研究納米介孔材料的介孔結(jié)構(gòu)。因此，也可以用 XRD的小角衍射來通過測定孔壁之間的距離來獲得介孔的直徑。該方法的局限是對于孔排列不規(guī)整的介孔材料，不能獲得其孔經(jīng)大小的結(jié)果。 B:850℃ 。 D: 95