X射线衍射仪（XRD）的工作原理与应用

X射线衍射仪（XRD）的工作原理与应用

X射线衍射仪（XRD）是材料科学研究中一种重要的分析工具，其工作原理基于X射线与物质的相互作用。通过对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，可以获得材料的成分、内部原子或分子的结构或形态等信息。X射线衍射分析法是研究物质的物相和晶体结构的主要方法。

XRD的工作原理

当物质（晶体或非晶体）进行衍射分析时，该物质被X射线照射产生不同程度的衍射现象。物质的组成、晶型、分子内成键方式、分子的构型、构象等因素决定其产生特有的衍射图谱。X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。

布拉格方程

X射线与物质作用时，一般分为三部分：一部分被散射，一部分被吸收，一部分继续沿原来方向传播。当散射的X射线与入射X射线波长相同时，对晶体将产生衍射现象。布拉格定律描述了这一现象：

[2d\sin\theta = n\lambda]

其中，(d)为晶面间距，(\theta)为入射角，(n)为衍射级数，(\lambda)为入射线波长，(2\theta)为衍射角。当波程差为波长的整数倍时，散射波位相相同，相互加强。满足布拉格定律的散射波位相完全相同，其振幅互相加强，从而在与入射线成(2\theta)角的方向上出现衍射线。

XRD设备参数

以Bruker D8 ADVANCE X射线衍射仪为例，其主要参数如下：

• 小角衍射最小角可以达到0.4度，主要测量介孔材料和其他高分子复合材料。
• 广角衍射：最低角度可以达到5度，可以精确接收到小于10度的衍射峰。
• 测量精度：角度重现性±0.0001°；测角仪半径≥200mm，测角圆直径可连续变化。
• 最小步长0.0001°；角度范围(2θ)：-110～168°；温度范围：室温～900℃。
• 最大输出：3KW；稳定性：±0.01%；管电压：20～60kV(1kV/1step)；管电流：10～60mA。
• 微区XRD光斑大小为1mm。