【科普】XRD在材料分析中的应用

Question

如题所述

Answer 1

X射线衍射分析（XRD）是一种用于材料分析的结构分析方法，它利用晶体形成的X射线衍射，研究物质内部原子在空间分布的状况。分析原理基于当X射线入射到晶体时，原子（电子）将其散射，每个原子作为新的辐射源辐射出与入射波同频率的电磁波。由于晶体由按一定规律排列的晶面组成，这些晶面的间距与入射X射线波长相似，因此不同晶面散射的X射线相互干涉，并在符合布拉格方程的空间方向上产生强X射线衍射。布拉格方程2dsinθ=nλ表示只有照射到相邻两晶面的光程差是X射线波长n倍时才产生衍射，其中d为晶面间距，θ为入射X射线与相应晶面的夹角，λ为X射线的波长，n为衍射级数。

通过比较未知物与已知样品的衍射图中各谱线的位置、数目和强度，可以进行物相分析，以获得材料的成分、原子或分子的结构或形态等信息。XRD还能测定晶粒度，基于衍射线的宽度与材料晶粒大小的关系，通过Scherrer公式计算获得晶粒尺寸。此外，XRD还可以用于测定纳米粉体的比表面积，以及研究薄膜的厚度和界面结构。

小角度X射线衍射（SA-XRD）适用于纳米多层膜材料，通过观察调制界面在满足布拉格条件时产生的相干衍射峰，可以测定调幅周期。利用XRD研究薄膜的厚度以及界面结构，可以提供物相的纵向深度剖析结果和界面物相分布信息。通过分析X射线谱，可以鉴别晶态和非晶态物质，以及区分微晶和结晶好的晶态物质。

举例而言，XRD可以对单一物质进行定性分析，如硫酸钠纯品的测试结果匹配为七水硫酸镁。对于混合物质，通过XRD分析可以确定其组成，例如二氧化钛和硫酸钡。在胶粘剂灰分的分析中，通过XRD测试可以识别出碳酸钙、碳酸镁、硅酸盐等成分。此外，XRD还能用于测定矿渣粉玻璃体的含量，通过测量X射线衍射图中玻璃体部分的面积与底线上面积之比得到结果。

总结而言，XRD在材料分析领域发挥着重要作用，通过X射线衍射分析，研究人员能够获得关于材料结构的详细信息，为材料的开发和应用提供科学依据。