X射线衍射技术在纳米材料科学的应用

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1、X射线衍射技术在纳米材料科学的应用摘要本文介绍了包括X射线的性质、X射线衍射技术在纳米材料上的应用、物相定量分析、点阵参数的测定、结晶度的测定、晶粒大小测定等一系列X射线衍射技术在纳米材料科学上的应用，同时随着科学的不断进步与发展，相信X射线衍射技术一定会越发的走向成熟，为人类的生活与科学的发展提供方便和进步。X射线的性质X射线的本质与可见光、红外线辐射、紫外线以及宇宙射线完全相同，均属电磁波或电磁辐射，同时具有波动性和粒子性特征，波长较可见光短，约为晶体常数为同一数量级。X射线是用人的肉眼不可见的，但能使某些物质（铂氰化钡）发出可见荧光；具有感光

2、性，能使照相底片感光；具有激发本领，使气体电离。X射线沿直线传播，经过电场时不发生偏转；具有很强的穿透能力，波长越短，穿透物质的能力越大；与物质能相互作用。另外，X射线通过物质时可以被吸收，使其强度衰减，偏振化——即经物质后，某些方向强度强，某些方向弱；能杀死生物细胞，实验中要特别注意保护。X射线的波长为λ=10-10cm～10-6cm。X射线在空间传播具有粒子性，或者说X射线是由大量以光速运动的粒子组成的不连续的粒子流,这些粒子叫光量子。X射线衍射技术在纳米材料上的应用由X射线衍射原理可知，物质的X射线衍射花样与物质内部的晶体结构有关。每种结晶物

3、质都有其特定的结构参数（包括晶体结构类型，晶胞大小，晶胞中原子、离子或分子的位置和数目等）。因此没有两种不同的结晶物质会给出完全相同的衍射花样。通过分析待测试样的X射线衍射花样，不仅可以知道物质的化学成分，还能知道他们飞存在状态，既能知道某元素是以单质存在或者以化合物、混合物及同素异构体存在。同时，根据X射线衍射试验还可以进行结构物质的定量分析、晶粒大小的测量和晶粒的取向分析。目前，X射线衍射技术已经广泛应用于各个领域的材料分析与研究工作中。X射线衍射技术发展到今天，已经成为最基本、最重要的一种结构测试手段，其主要应用有以下几个方面：物相定量分析不

4、同的多晶体物质的结构和组成元素各不相同，他们的衍射花样在线条数目、角度位置、强度上就呈现出差异，衍射花样与多晶体的结构和组成有关，一种特定的物相具有自己独特的一组衍射线条（即衍射谱），反之不停的衍射谱代表着不同的物相。若多种物相混合成一个试样，则其衍射谱就是其中各个物相衍射谱叠加而成的复合衍射谱。因而，我们可以通过测试试样的复合衍射谱，并对复合衍射谱进行分析分解，从而确定试样由哪几种物质组成。物相定量分析的任务是用X射线衍射技术，准确测定混合物中风各相的衍射强度，从而求出多相物质中各相的含量。其理论基础是物质参与衍射的体积或者重量与其产生的衍射强度

5、成正比，因而，可通过衍射强度的大小求出混合物中某相参与衍射的体积分数或者重量分数，从而确定混合物中某相的含量。X射线衍射物相定量分析方法有：内标法、外标法、绝热法、增量法、无标样法、机体冲洗法和全谱拟合法等常规分析方法。内标法和绝热法和增量法等都需要在待测样品中加入参考标相并绘制工作曲线，如果样品含有的物相较多、谱线复杂，再加入参考标相时会进一步增加谱线的重叠机会，从而给定量分析带来困难；外标法虽然不需要在样品中加入参考标相，但需要用纯的待测相物质制作工作曲线；机体冲洗法、无标样法、和全谱拟合法等分析方法不需要配制一系列内标标准物质和绘制标准工作曲

6、线，但需要复杂的数学计算，如联立方程法和最小二乘法等。总之，X射线衍射方法进行物相定量分析方法很多，但是有很多方法需要有纯的物质作为标样，二有时候纯的物质难以得到，从而使得定量分析难以进行，从这个意义上说，无标样定量分析法具有较大的使用价值和推广价值。点阵参数的测定点阵参数是物质的基本结构参数，任何一种晶体物质在一定状态下都有一定的点阵参数。测定点阵参数在研究固态相变、确定固溶体类型、测定固溶体溶解度曲线、测定热膨胀系数等方面都得到了应用。点阵参数的测定是通过X射线衍射线位置的测定而得到的，通过测定衍射花样中每一条衍射线的位置均可得出一个点阵常数值

7、。如采用X射线衍射技术测量不同配比条件下FeO和CrO的固溶体的点阵参数，根据Vegard定律计算出固溶体中某相的固溶度随工艺参数的变化趋势仍然是非常有效的。通过衍射技术计算出低碳钢中马氏体的点阵常数，并建立了一个马氏体点阵参数随固溶体碳量变化的新经验方程，因此根据试验数据所获得的回归方程可成为钢中α相（过饱和）含碳量的实用的标定方法（特别在低碳范围）。结晶度的测定晶粒度定义为结晶部分重量与总的试样重量之比的百分数.现在非晶态合金应用非常广泛,如软磁材料等,而结晶度直接影响材料的性能,因此结晶度的测定就显得尤为重要了.测定结晶度的方法很多,但不论哪

8、种方法都是根据结晶相的衍射图谱面积与非晶相图谱面积决定。晶粒大小的测定利用X射线衍射技术除了进行晶粒度的测定等，还可以用来