x射线衍射(XRD)

在材料研究方面, 这位科学家有许多与材料的化学成分和晶体结构有关的分析性问题. x射线衍射(XRD)是目前唯一一种无损、准确获取化学成分等信息的实验室技术, 晶体结构, 微晶尺寸, 晶格应变, 首选的方向和层厚度. 因此，材料研究人员使用XRD来分析各种材料, 从粉末到固体, 薄膜和纳米材料. 

什么是x射线衍射?

x射线衍射(XRD)是一种通用的无损分析技术，用于分析物相组成等物理性质, 粉末的晶体结构和取向, 固体和液体样品.  

许多物质都是由微小的晶体构成的. 这些晶体的化学成分和结构类型被称为“相”。. 材料可以是单相或多相混合物，并且可以包含结晶和非结晶成分. 在一个 x射线衍射仪不同的晶相产生不同的衍射图样. 相识别可以通过比较从未知样品中获得的x射线衍射图与参考数据库中的模式来进行. 这个过程就像在犯罪现场调查中匹配指纹一样. 最全面的化合物数据库由ICDD(国际衍射数据中心)维护。. 你也可以从测量的纯相衍射图中建立一个参考数据库, 或者从科学文献中发表的模式中，或者从你自己的测量中. 多相混合物中不同相图案的相对强度用于确定样品的完整组成.

x射线衍射原理

x射线衍射是x射线与晶体样品相生干涉的结果. 所使用的x射线的波长与晶格中原子间距离的量级相同. 这就产生了可以用多种方法分析的衍射图样, 最流行的是应用著名的布拉格定律(nλ=2d sin θ)，该定律用于测量晶体及其相. 

x射线衍射仪器是如何工作的?

一台x射线仪器包括三个主要部件:x射线源、样品架和仪器 XRD探测器.

光源产生的x射线照亮了样品. 然后它被样品相位衍射并进入检测器. 通过移动管或样品和检测器来改变衍射角(2θ), 入射光束和衍射光束之间的夹角), 测量强度, 并记录了衍射数据. 取决于衍射仪的几何形状和样品的类型, 入射光束与样品之间的角度可以是固定的，也可以是可变的，通常与衍射光束的角度配对. 

XRD的应用

许多研究人员, 在工业和科学实验室, 依靠x射线衍射(XRD)作为工具来开发新材料或提高生产效率. x射线衍射的创新与新材料的研究密切相关 半导体技术 or 制药 调查. 工业研究的目标是不断提高生产过程的速度和效率. 采矿和建筑材料生产现场的全自动x射线衍射分析为生产控制提供了更具成本效益的解决方案.

x射线衍射的主要用途有: 

纯物质和混合物的定性和定量相分析.  最常用的相分析方法通常被称为“x射线粉末衍射”(XRPD)。. 

• 在温度等其他特殊条件下的相变分析, 湿度和施加压力(非环境研究). 
• 晶体尺寸(直径)等物理性质分析, 晶体取向, 残余应力, 它们一起被称为多晶材料的“微观结构”. 
• 许多这些技术也可以用于多晶层状材料，如涂层和薄膜，使用一种称为掠入射XRD (GIXRD)的方法。. 研究多晶材料的小区域采用一种叫做 微衍射.

其他非多晶材料(例如单晶半导体晶片或外延层)的x射线衍射技术包括高分辨率的异质外延层分析(HR-XRD)，该分析利用了布拉格定律和动态衍射理论.

x射线散射

其他研究材料的非晶体成分的方法使用各种 x射线散射 方法, 包括掠入射小角x射线散射(GISAXS), 小角x射线散射, 总散射(也称为对分布函数分析), x射线反射计. 每种方法都有自己的基于基本散射理论的数据分析算法.

分析软件

一旦测量出x射线散射或衍射图样. 它需要被分析. x射线衍射和x射线散射数据的分析可能非常复杂. 为了方便用户，澳彩网登录网址提供了各种 XRD软件 包的存在是为了澳彩网登录网址所有不同类型的度量.

XRD的优点  

XRD相当快(通常在20分钟以下)，并且通常是对未知材料进行明确鉴定的最准确和可靠的技术. 样品制备最少，这是该技术如此受欢迎的原因，适用于工业过程应用和材料研究. 用正确的分析软件, 数据分析可以非常直接地用于工业过程, 它甚至可以自动化，因此在QC应用中，操作人员不需要是XRD专家.