x射线衍射(XRD)

在材料研究方面, 科学家有许多与物质的化学成分和晶体结构有关的分析问题. x射线衍射(XRD)是唯一一种无损、准确地获得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, 优选取向和层厚. 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)是一种通用的非破坏性分析技术，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.  

许多材料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，可以包含晶体和非晶体成分. 在一个 x射线衍射仪，不同的晶相给出不同的衍射图样. 相识别可以通过比较从未知样品中获得的x射线衍射图案与参考数据库中的图案来进行. 这个过程就像在犯罪现场调查中比对指纹一样. 最全面的化合物数据库由ICDD(国际衍射数据中心)维护. 你也可以根据测量的纯相衍射图样建立一个参考数据库, 或者从科学文献中发表的模式，或者从你自己的测量中. 多相混合物中来自不同相的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射线与晶体样品之间构造干涉的结果. 所使用的x射线波长与晶格中原子之间距离的数量级相同. 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)，它被用于测量晶体及其相位. 

XRD仪器是如何工作的?

x射线仪器主要包括三个部分:x射线源、样品夹和x射线管 XRD探测器.

光源产生的x射线照射样品. 然后它被样品相衍射并进入探测器. 通过移动试管或样品和检测器来改变衍射角(2θ, 入射光束与衍射光束之间的夹角), 测量强度, 并记录衍射数据. 这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夹角可以是固定的，也可以是可变的，通常与衍射光束的夹角配对. 

XRD的应用

许多研究人员, 在工业和科学实验室中, 依靠x射线衍射(XRD)作为开发新材料或提高生产效率的工具. x射线衍射的创新紧跟新材料的研究，例如 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. 采矿和建材生产现场的全自动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是: 

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)。. 

• 分析温度等其他特殊条件下的相变, 湿度和施加压力(非环境研究). 
• 晶体大小(直径)等物理性质分析, 晶体取向, 和残余应力, 它们一起被称为多晶材料的“微观结构”. 
• 这些技术中的许多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。. 多晶材料中小面积的研究采用一种叫做 微衍射.

用于非多晶材料(例如单晶半导体晶片或外延层)的其他x射线衍射技术包括对异质外延层的高分辨率分析(HR-XRD)，该分析同时使用了布拉格定律和动态衍射理论.

x射线散射

研究材料的非结晶成分的其他方法使用各种 x射线散射 方法, 包括掠入射小角x射线散射(GISAXS), 小角度x射线散射, 总散射(亦称对分布函数分析), 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x射线散射或衍射模式被测量. 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. 为了方便用户使用，手机上买大和小单双有哪些app-apple app store-手机上买大和小单双有哪些app排行榜提供了各种 XRD软件 包的存在是为了支持所有不同类型的测量.

XRD的优点  

x射线衍射相当快(通常在20分钟以下)，通常是最准确和可靠的技术，以明确鉴定未知材料. 样品制备是最少的，这就是为什么这种技术如此受欢迎的原因，适用于工业工艺应用和材料研究. 使用正确的分析软件, 数据分析对于工业过程来说是非常直接的, 它甚至可以自动化，因此在QC应用中，操作员不需要是XRD专家.