第四讲X射线衍射方法.pptx

1 1n n晶体学基本知识晶体学基本知识n nX X射线衍射原理射线衍射原理n nX X射线衍射分析方法射线衍射分析方法2 2X射线衍射的方法射线衍射的方法 n20世纪世纪50年代以前的年代以前的X射线衍射分析，绝大多数是利用底射线衍射分析，绝大多数是利用底片来记录衍射线的（即照相法）。片来记录衍射线的（即照相法）。n近几十年来，用各种辐射探测器（即计数器）来记录已日近几十年来，用各种辐射探测器（即计数器）来记录已日趋普遍。目前专用的趋普遍。目前专用的X射线衍射仪已在各个主要领域中取射线衍射仪已在各个主要领域中取代了照相法。衍射仪具有方便、快速、准确等优点，它是代了照相法。衍射仪具有方便、快速、准确等优点，它是近年来晶体结构分析的主要设备。近年来晶体结构分析的主要设备。n近年来由于衍射仪与电子计算机的结合，从操作、测量到近年来由于衍射仪与电子计算机的结合，从操作、测量到数据处理已大体上实现了自动化。数据处理已大体上实现了自动化。3 3X射线衍射的实验方案射线衍射的实验方案 从从产产生生衍衍射射的的条条件件可可以以看看出出，并并不不是是随随便便把把一一个个单单晶晶体体置置于于X射射线线照照射射下下都都能能产产生生衍衍射射现现象象，因因为为干干涉涉球球面面完完全全有有可可能能不不与与倒倒易易点点阵阵相相交交。因因此此，在在设设计计实实验验方方法法时时，一一定定要要保保证证干干涉涉球球面面能能有有充充分分的的机机会会与与倒倒易易点阵相交，才能产生衍射现象。点阵相交，才能产生衍射现象。4 4X射线衍射的实验方案射线衍射的实验方案n解决方案：解决方案：干涉球面扫过某些倒易阵点，使干涉球永远有机会与干涉球面扫过某些倒易阵点，使干涉球永远有机会与倒易阵点相交产生衍射。必须使干涉球或晶体之一处倒易阵点相交产生衍射。必须使干涉球或晶体之一处于运动状态或者相当于运动状态。符合这样条件的实于运动状态或者相当于运动状态。符合这样条件的实验方案有三种。验方案有三种。5 5X射线衍射的实验方案射线衍射的实验方案n用用单单色色（特特征征）X射射线线照照射射转转动动的的单单晶晶体体，使使干干涉涉球球永永远远有有机会与某些倒易阵点相交机会与某些倒易阵点相交转动晶体法转动晶体法。n用用多多色色（连连续续）X射射线线照照射射固固定定不不动动的的单单晶晶体体。由由于于射射线线有有一一定定波波长长范范围围，即即有有一一系系列列与与之之相相对对应应的的干干涉涉球球连连续续分分布布在在一一定定的的区区域域，凡凡是是落落到到这这个个区区域域内内的的倒倒易易阵阵点点都都满满足足衍衍射射条条件件。这这种种情情况况相相当当于于干干涉涉球球在在一一定定范范围围内内运运动动，从从而而有有机机会会与某些倒易阵点相交。这种实验方法称为与某些倒易阵点相交。这种实验方法称为劳埃法劳埃法。n用用单单色色（特特征征）X射射线线照照射射多多晶晶体体试试样样。多多晶晶体体中中各各晶晶粒粒的的取取向向是是任任意意分分布布的的，因因此此，固固定定不不动动的的多多晶晶体体就就其其晶晶粒粒间间的的位位相相关关系系而而言言，相相当当于于单单晶晶体体转转动动的的情情况况。此此类类方方法法总总称称为为多晶体衍射方法（粉末衍射法）多晶体衍射方法（粉末衍射法）。6 6X射线衍射的方法射线衍射的方法n n劳埃法劳埃法n n转晶法转晶法n n粉末法粉末法n n衍射仪法衍射仪法7 7劳埃法劳埃法pp劳劳劳劳埃埃埃埃法法法法是是是是用用用用连连连连续续续续X X射射射射线线线线照照照照射射射射固固固固定定定定不不不不动动动动的的的的单单单单晶晶晶晶体体体体试试试试样样样样，晶晶晶晶体体体体中中中中每每每每一一一一衍衍衍衍射射射射面面面面与与与与入入入入射射射射线线线线间间间间的的的的掠掠掠掠射射射射角角角角是是是是一一一一定定定定的的的的，每每每每一一一一衍衍衍衍射射射射面面面面都都都都将将将将产产产产生生生生衍衍衍衍射射射射，但但但但相相相相应应应应的的的的入入入入射射射射线线线线波波波波长长长长并并并并不不不不相相相相同同同同，即即即即每每每每一一一一衍衍衍衍射面只衍射入射线中能满足射面只衍射入射线中能满足射面只衍射入射线中能满足射面只衍射入射线中能满足BraggBragg条件的波长。条件的波长。条件的波长。条件的波长。pp劳劳劳劳埃埃埃埃法法法法中中中中，记记记记录录录录衍衍衍衍射射射射线线线线的的的的照照照照相相相相底底底底片片片片为为为为平平平平板板板板状状状状，安安安安放放放放在在在在试试试试样样样样后后后后面面面面垂垂垂垂直直直直于于于于入入入入射射射射线线线线方方方方向向向向的的的的位位位位置置置置上上上上。衍衍衍衍射射射射线线线线在在在在底底底底片片片片上上上上形形形形成成成成一一一一系系系系列列列列的的的的斑斑斑斑点点点点，称称称称为为为为劳劳劳劳埃埃埃埃像像像像。其其其其主主主主要要要要用用用用途途途途是是是是测测测测量量量量晶晶晶晶体体体体的的的的位位位位相相相相，评定晶体的完整性。评定晶体的完整性。评定晶体的完整性。评定晶体的完整性。8 8劳埃法的分类劳埃法的分类X光入射线光入射线试样试样底片底片透射法透射法试样试样X光入射线光入射线背射法背射法底片底片9 9干涉球干涉球底片底片劳埃照片上斑点的分布规律劳埃照片上斑点的分布规律X光入射线光入射线晶带结点面晶带结点面晶带曲线晶带曲线透射劳埃照片的爱瓦尔德图解透射劳埃照片的爱瓦尔德图解1010干涉球干涉球底片底片劳埃照片上斑点的分布规律劳埃照片上斑点的分布规律X光入射线光入射线晶带结点面晶带结点面晶带曲线晶带曲线背射劳埃照片的爱瓦尔德图解背射劳埃照片的爱瓦尔德图解1111劳埃照片上斑点的分布规律劳埃照片上斑点的分布规律p正正点点阵阵中中属属于于同同一一晶晶带带的的所所有有晶晶面面，其其倒倒易易点点阵阵分分布布在在倒倒易易点点阵阵中中一一个个过过倒倒易易原原点点的的倒倒易易面面上上。即即倒倒易易点点阵阵中中的的一一个个过过原原点点的的倒倒易易面面与与正正点点阵阵中中的的一一个个晶晶带带相相对对应应。倒倒易易面面与干涉球相交，交线为圆。与干涉球相交，交线为圆。p透透射射法法中中，与与一一个个晶晶带带对对应应的的衍衍射射斑斑点点应应分分布布在在一一个个椭椭圆圆上上，即即透透射射照照片片上上的的每每个个椭椭圆圆都都与与一一个个晶晶带带的的衍衍射射斑斑相相对对应。应。p背背射射法法中中，与与一一个个晶晶带带对对应应的的劳劳埃埃斑斑点点应应分分布布在在底底片片的的一一条条双双曲曲线线上上，即即背背射射劳劳埃埃照照片片上上的的每每条条双双曲曲线线都都与与一一个个晶晶带的衍射斑相对应。带的衍射斑相对应。1212转晶法转晶法p将将单单晶晶体体的的某某个个晶晶轴轴和和某某一一重重要要晶晶向向安安放放在在与与入入射射线线相相垂垂直直的的位位置置上上，底底片片呈呈圆圆柱柱形形围围在在晶晶体体四四周周，其其中中心心线线与与晶晶体体试试样样选选定定的的晶晶轴轴或或晶晶向向一一致致。实实验验时时，晶晶体体绕绕所所选选定定的的晶晶轴轴或或晶晶向向转转动动。在在晶晶体体中中某某一一衍衍射射面面与与入入射射线线的的掠掠射射角角符符合合Bragg方方程程时时，瞬瞬间间产产生生一一束束衍衍射射线线，在在底底片片上上形形成成一个斑点。不可能所有的衍射面都产生衍射现象。一个斑点。不可能所有的衍射面都产生衍射现象。p主主要要用用于于测测量量未未知知晶晶体体结结构构。由由于于所所用用试试样样为为单单晶晶体体，并并且且要要知知道道晶晶体体的的晶晶轴轴或或晶晶向向，这这在在实实际际研研究究中中较较难难实实现现，所以用的较少。所以用的较少。1313粉晶法成像原理粉晶法成像原理 反射球反射球倒易球倒易球O*粉末多晶体衍射原理粉末多晶体衍射原理O100110111r*=1/dhkl同族晶面同族晶面hkl一个倒易球一个倒易球1414多晶体衍射花样的形成多晶体衍射花样的形成德拜照相法德拜照相法底片底片试样试样入射线入射线1515德拜相机示意图德拜相机示意图德拜照相机德拜照相机试样试样底片底片后光阑后光阑前光阑前光阑入射入射X射线射线荧光屏荧光屏铅玻璃铅玻璃1616光阑的结构和作用光阑的结构和作用前光阑（也称为准直管光阑）前光阑（也称为准直管光阑）n限制入射线的不平行度和固定入射线的尺寸和位置。由黄铜制成，包限制入射线的不平行度和固定入射线的尺寸和位置。由黄铜制成，包含含两个限光孔，出口为第三个限光孔。前两个限光孔直径一般为两个限光孔，出口为第三个限光孔。前两个限光孔直径一般为0.2-1.2mm，用来控制入射线的尺寸、位置和平行度；出口限光孔尺寸应，用来控制入射线的尺寸、位置和平行度；出口限光孔尺寸应稍大于前两个限光孔横截面积，吸收并防止寄生散射。稍大于前两个限光孔横截面积，吸收并防止寄生散射。n限光孔越细，衍射线条越细，质量越好，但入射线能量也越少，会增限光孔越细，衍射线条越细，质量越好，但入射线能量也越少，会增加曝光时间，应根据实际需要选择适当的限光孔尺寸。加曝光时间，应根据实际需要选择适当的限光孔尺寸。后光阑（承光管）后光阑（承光管）n尾端安装有铅玻璃，其前放置一片荧光屏。调整相机时，可以透过铅尾端安装有铅玻璃，其前放置一片荧光屏。调整相机时，可以透过铅玻璃观察荧光屏显示出来的入射线和试样的相对位置。同时，铅玻璃玻璃观察荧光屏显示出来的入射线和试样的相对位置。同时，铅玻璃对对X射线有强烈的吸收作用，确保安全。射线有强烈的吸收作用，确保安全。注意事项（前后光阑尽量靠近；死区）注意事项（前后光阑尽量靠近；死区）1717德拜相机直径的选取德拜相机直径的选取德拜相机直径一般为德拜相机直径一般为57.3mm和和114.6mmnD=57.3mm时时，其其周周长长D=180mm，因因为为圆圆心心角角为为360，所以底片上每所以底片上每1mm长度对应长度对应2圆心角；圆心角；nD=114.6mm时时，其其周周长长D=360mm，所所以以底底片片上上每每1mm长度对应长度对应1圆心角；圆心角；n可使衍射花样的计算简化。可使衍射花样的计算简化。1818试样制备及要求试样制备及要求对试样的要求：对试样的要求：n圆柱形的粉末物质粘合体或者多晶体细丝圆柱形的粉末物质粘合体或者多晶体细丝n直径小于直径小于0.5mm、长约、长约10mm获得金属及合金粉末的方法：获得金属及合金粉末的方法：n对非脆性样品将其挫成粉末对非脆性样品将其挫成粉末n对脆性样品可先将其打碎，然后碾磨成粉末对脆性样品可先将其打碎，然后碾磨成粉末注意事项注意事项:粉末粉末颗粒大于颗粒大于10m，衍射线不连续；小于，衍射线不连续；小于100nm时，衍射线变宽，不时，衍射线变宽，不利于分析工作。筛选两相以上合金粉末时必须让所有粉末通过筛选，保证组利于分析工作。筛选两相以上合金粉末时必须让所有粉末通过筛选，保证组分的一致性。用机械方法得到的粉末具有很大内应力，会导致衍射线宽化，分的一致性。用机械方法得到的粉末具有很大内应力，会导致衍射线宽化，应在真空或保护性气氛中退火消除内应力。对合金中微量相进行分析时，要应在真空或保护性气氛中退火消除内应力。对合金中微量相进行分析时，要用电解萃取方法单独分离出微量相，经过清洗和真空干燥后作为试样使用。用电解萃取方法单独分离出微量相，经过清洗和真空干燥后作为试样使用。1919试样制备及要求试样制备及要求制备圆柱形试样的方法：制备圆柱形试样的方法：用很细的玻璃丝（硼酸锂铍）上涂一薄层胶水等粘接剂，然后在粉用很细的玻璃丝（硼酸锂铍）上涂一薄层胶水等粘接剂，然后在粉末中滚动，做成粗细均匀的圆柱试样；末中滚动，做成粗细均匀的圆柱试样；将粉末填充在硼酸锂铍玻璃、醋酸纤维（或硝酸纤维）或石英等制将粉末填充在硼酸锂铍玻璃、醋酸纤维（或硝酸纤维）或石英等制成的毛细管中，得到所需尺寸的试样。其中石英毛细管可用于高温成的毛细管中，得到所需尺寸的试样。其中石英毛细管可用于高温照相；照相；将粉末用胶水调好填入金属毛细管中，然后用金属丝将粉末推出将粉末用胶水调好填入金属毛细管中，然后用金属丝将粉末推出2-3mm长作为试样，余下部分连同金属毛细管一起作为支撑柱，便于长作为试样，余下部分连同金属毛细管一起作为支撑柱，便于往试样台上安装；往试样台上安装；金属丝可以直接用来做试样。但由于拉丝时产生择优取向，因此衍金属丝可以直接用来做试样。但由于拉丝时产生择优取向，因此衍射线往往不连续。射线往往不连续。2020底片安装方式底片安装方式入入射射线线底片底片试样试样SS22WS前反射前反射背反射背反射背反射背反射S背反射背反射前反射前反射前反射前反射SKW前反射前反射背反射背反射正装法正装法倒装法倒装法不对称装法不对称装法2121各种安装方式衍射花样的计算各种安装方式衍射花样的计算n正装法正装法底底片片中中部部开开孔孔让让后后光光阑阑穿穿过过，开开口口处处在在前前光光阑阑两两侧侧。衍衍射射花花样样由由一一系系列弧段构成：列弧段构成：290，后反射衍射线后反射衍射线测测量量同同一一衍衍射射环环的的两两弧弧段段间间距距离离S，可可计计算算其其衍衍射射角角。若若相相机机半半径径R，则：，则：=S/4R （弧度）（弧度）以度为单位：以度为单位：=S/4R180/=S/(4R)57.3因此，因此，2R=57.3mm时，时，=S/2 2R=114.6mm时，时，=S/42222各种安装方式衍射花样的计算各种安装方式衍射花样的计算n倒装法倒装法底底片片开开口口在在后后光光阑阑两两侧侧，显显然然，底底片片中中部部为为背背反反射射衍衍射射线线，两端为前反射衍射线。两端为前反射衍射线。衍射角按下式计算：衍射角按下式计算：2-4=S/R =/2-S/4R（弧度）（弧度）以度为单位，以度为单位，2R=57.3mm时时：=90-S/22323各种安装方式衍射花样的计算各种安装方式衍射花样的计算n不对称装法不对称装法可以消除底片收缩和相机半径误差。可以消除底片收缩和相机半径误差。底底片片开开两两孔孔，分分别别被被前前、后后光光阑阑穿穿过过，底底片片开开口口置置于于相相机机一一侧侧。不不难难看看出出，由由前前后后反反射射弧弧对对中中心心点点的的位位置置可可求求出出底底片片上上对对应应180圆圆心心角角的的实实际际长长度度W，于于是是可可用用下下式式计计算算衍衍射角：射角：4/S=180/W （前反射）（前反射）（360-4）/S=180/W （后反射）（后反射）2424德拜相机的分辨本领德拜相机的分辨本领n照照相相机机的的分分辨辨本本领领是是指指衍衍射射花花样样中中两两条条相相邻邻衍衍射射线线条条分分离离程程度度的的定定量量表表征征。表表示示晶晶面面间间距距变变化化时时引引起起的的衍衍射射线线条条位位置相对改变的灵敏程度。置相对改变的灵敏程度。n德拜相机的分辨本领德拜相机的分辨本领可以表示为：可以表示为：=S/(d/d)将布拉格方程改写为：将布拉格方程改写为：sin=n/(2d)，微分得：微分得：cos=-n/(2d2)d=-sin d/d 或者或者:d/d=-cot 对正装法对正装法:S=4R ,故：故：S=4R 所以：所以：=S/(d/d)=-4R tan2525德拜相机的分辨本领德拜相机的分辨本领n将上式与波长联系：将上式与波长联系：=-4R sin/(1-sin2)1/2=-4R n/4d2-(n)21/2n从上式可以看出，相机分辨本领与以下因素有关：从上式可以看出，相机分辨本领与以下因素有关：相机半径越大，分辨本领越高。大直径相机有优势，相机半径越大，分辨本领越高。大直径相机有优势，但会增加曝光时间和空气散射引起的衍射背景；但会增加曝光时间和空气散射引起的衍射背景；角角越大，分辨本领越高。衍射花样中高角度线条的越大，分辨本领越高。衍射花样中高角度线条的K1 和和K2 双线可以明显分开；双线可以明显分开；X射线波长越大，分辨本领越高；射线波长越大，分辨本领越高；面间距越大，分辨本领越低。分析大晶胞试样时，应面间距越大，分辨本领越低。分析大晶胞试样时，应尽量采用长波长尽量采用长波长X射线源，以便抵偿由于晶胞过大对射线源，以便抵偿由于晶胞过大对分辨本领的不良影响。分辨本领的不良影响。2626德拜照相法总结德拜照相法总结 德德拜拜法法记记录录的的衍衍射射角角范范围围大大，衍衍射射环环的的形形貌貌能能直直观观地地反反映映晶晶体体内内部部组组织织的的一一些些特特点点（如如亚亚晶晶尺尺寸寸、微微观观应应力力、择择优优取取向向等等），衍衍射射线线的的误误差差分分析析简简单单且且容容易易消消除除，可可以以达达到到相相当当高高的的测测量量精精度度；其其缺缺点点是是衍衍射射强强度度低低，需需要要较较长长的的曝曝光时间。光时间。2727衍射仪法衍射仪法n衍射仪法是利用衍射仪测量和记录试样衍射仪法是利用衍射仪测量和记录试样X光衍射线的方法。光衍射线的方法。nX射射线线衍衍射射仪仪是是按按照照晶晶体体对对X射射线线衍衍射射的的几几何何原原理理设设计计制制造造。测测试试过过程程中中，由由X射射线线管管发发射射出出的的X射射线线照照射射到到试试样样上上产产生生衍衍射射现现象象，由由辐辐射射探探测测器器接接收收衍衍射射线线的的X射射线线光光子子，经经测测量量电电路路放放大大处处理理后后在在显显示示或或者者记记录录装装置置上上给给出出精精确确的的衍衍射射线线位置、强度和线形等衍射信息。位置、强度和线形等衍射信息。2828X射线衍射仪的发展射线衍射仪的发展n1912年布拉格最先使用电离室探测年布拉格最先使用电离室探测X射线衍射信息；射线衍射信息；n1913年布拉格测定年布拉格测定NaCl等晶体结构的等晶体结构的X射线分光计（雏形）射线分光计（雏形）n1943年弗里德曼设计了最初的近代年弗里德曼设计了最初的近代X射线衍射仪；射线衍射仪；n二二十十世世纪纪五五十十年年代代X射射线线衍衍射射仪仪得得到到了了普普及及应应用用，1952年年国国际结晶学协会设备委员会正式命名为际结晶学协会设备委员会正式命名为X射线衍射仪；射线衍射仪；n随随着着科科学学技技术术的的发发展展，促促使使现现代代电电子子学学、集集成成电电路路和和电电子子计计算算机机等等先先进进技技术术进进一一步步与与X射射线线衍衍射射技技术术结结合合，使使X射射线线衍衍射射仪仪向向强强光光源源、高高稳稳定定、高高分分辨辨、多多功功能能和和全全自自动动的的联联合合组组机方向发展，可以自动地给出大多数衍射实验结果。机方向发展，可以自动地给出大多数衍射实验结果。2929X射线衍射仪的基本组成射线衍射仪的基本组成3030多晶衍射仪的组成多晶衍射仪的组成 n当然少不了当然少不了X射线的发生装置射线的发生装置-X光管光管；n为为了了使使X射射线线照照射射到到被被测测样样品品上上需需要要有有一一个个样样品品台台；n为为了了接接受受由由样样品品表表面面产产生生的的衍衍射射线线需需要要有有一一个个射射线线探探测测器器，而而且且这这个个探探测测器器应应当当安安放放在在适适当当的的角角度上，度上，测角仪测角仪 n检测系统，正比计数器检测系统，正比计数器等等3131测角仪构造示意图测角仪构造示意图逆时针逆时针方向：方向：100顺时针方向：顺时针方向：165绝对精度：绝对精度：0.01 3232典型样品的典型样品的XRD衍射衍射3333测角仪的光学布置测角仪的光学布置索拉狭缝索拉狭缝限制射线垂直方向发散度限制射线垂直方向发散度发散狭缝发散狭缝限制水平发散度限制水平发散度防散射狭缝防散射狭缝接收狭缝接收狭缝3434探测器探测器n正比计数器正比计数器n闪烁计数器闪烁计数器n位敏正比计数器位敏正比计数器n新型探测器新型探测器3535正比计数器正比计数器R2R1金属丝（阳极）金属丝（阳极）至高压电源至高压电源至前置放大器至前置放大器铍窗口铍窗口入射线入射线金属筒（阴极）金属筒（阴极）惰性气体惰性气体1010甲烷或甲烷或1 1氯气氯气6006001000V1000V反应速度快，驰豫时间短，反应速度快，驰豫时间短，10106 6/s(10/s(106 6cps)cps)3636闪烁计数器闪烁计数器少量铊活化的碘化钠少量铊活化的碘化钠伏特级，伏特级，10105 5cpscps固有电子发射固有电子发射3737位敏正比计数器位敏正比计数器n一一般般使使用用丝丝状状位位敏敏计计数数器器。它它是是在在一一般般正正比比计计数数器器中中心心轴轴上上安安装装一一根根细细长长的的高高电电阻阻丝丝制制成成的的。因因为为正正比比计计数数器器接接收收X射射线线光光子子时时，只只在在其其接接收收位位置置产产生生局局部部电电子子雪雪崩崩效效应应，所所形形成成的的电电脉脉冲冲向向计计数数器器两两端端输输出出，不不同同位位置置产产生生的的脉脉冲冲与与两两端端距距离离不不等等，因因此此不不同同脉脉冲冲之之间间产产生生一一定定的的时时间间差差。这这个个时时间间差差使使正正比比计计数数器器在在芯芯线线方方向向具具有有位位置置分分辨辨能能力力。利利用用一一套套相相应应的的电电子子测测量量系系统统可可以以同同时时记记录录下下输输入入的的X射射线线光光子子数数目目和和能量以及它们在计数器被吸收的位置。能量以及它们在计数器被吸收的位置。n50mm芯丝能同时测量芯丝能同时测量12范围。范围。n适适用用于于高高速速记记录录衍衍射射花花样样，测测量量瞬瞬时时变变化化的的研研究究对对象象（如如相相变变），测测量量那那些些易易于于随随时时间间而而变变得得不不稳稳定定的的试试样样和和容容易易受受X射射线线照照射射损损伤伤的的试试样，测量那些微量试样和强度弱的衍射信息（如漫散射）。样，测量那些微量试样和强度弱的衍射信息（如漫散射）。3838新型探测器新型探测器Si（Li）探测器）探测器u最早出现的半导体探测器。一般需要液氮制冷（不工作也最早出现的半导体探测器。一般需要液氮制冷（不工作也需要），体积大，应用不方便。需要），体积大，应用不方便。u近年来出现了电制冷近年来出现了电制冷Si（Li）探测器，仍需制冷到）探测器，仍需制冷到-90，并且运输时也要维持离子真空泵的工作，使用不便。并且运输时也要维持离子真空泵的工作，使用不便。u一般能量分辨可达一般能量分辨可达150eV150eV，可工作的计数率一般为几千，可工作的计数率一般为几千cpscps。3939新型探测器新型探测器Si PIN 探测器探测器u发射到火星上的探测器。发射到火星上的探测器。u电制冷，体积小重量轻，只需要冷却到电制冷，体积小重量轻，只需要冷却到-20。u分辨率仍较差，一般能量分辨可达分辨率仍较差，一般能量分辨可达250eV250eV，最新的可到，最新的可到158eV158eV。u对轻元素分辨率较差，一般可用在对轻元素分辨率较差，一般可用在AlAl及以后的元素探测。及以后的元素探测。4040新型探测器新型探测器SDD 探测器探测器u硅漂移探测器（硅漂移探测器（Sillicon Drift Detector），最近十年出现），最近十年出现的新型半导体探测器，首先为空间科学开发的。的新型半导体探测器，首先为空间科学开发的。u电制冷，只需要冷却到电制冷，只需要冷却到-10，常温下也可工作，但分辨，常温下也可工作，但分辨率较差。率较差。u一般能量分辨优于一般能量分辨优于200eV200eV，最新的可到，最新的可到127eV127eV。u高计数率，一般可工作在高计数率，一般可工作在100000-200000cps100000-200000cps计数率下，为计数率下，为缩短测量时间及提高测量精度提供了保证。缩短测量时间及提高测量精度提供了保证。4141新型探测器新型探测器CCD 探测器探测器u受空间科学、软受空间科学、软X射线及射线及X射线偏振的刺激而发展，适于射线偏振的刺激而发展，适于检测软检测软X射线，易于制成多位元阵列。射线，易于制成多位元阵列。uCCD的二维检测技术可检测单个的二维检测技术可检测单个X射线光子产生的电荷云射线光子产生的电荷云的形状，以极佳的分辨率直接定量观测的形状，以极佳的分辨率直接定量观测X射线偏振。射线偏振。4242新型探测器新型探测器超导隧道结探测器（超导隧道结探测器（STJ）uX射射线线与与超超导导体体的的相相互互作作用用导导致致Cooper对对的的破破坏坏和和过过量量准准粒粒子子和和声声子子的的产产生生，由由超超导导-绝绝缘缘体体-超超导导隧隧道道结结或或其其阵阵列列探探测测这这些些准准粒粒子子的的激激发发。与与半半导导体体材材料料产产生生电电子子-空空穴穴对对相相比比，由由于于超超导导的的能能量量间间距距非非常常小小，可可实现较好的能量分辨率和灵敏度。实现较好的能量分辨率和灵敏度。u可提供较高的计数率（可提供较高的计数率（104），极佳的能量分辨率（），极佳的能量分辨率（10-15eV）。）。u工作在工作在500mK温度以下，需要温度以下，需要He低温恒温器。低温恒温器。u工作面积只有工作面积只有200m200m，面积可增加，但分辨率下降。可在探，面积可增加，但分辨率下降。可在探测器与样品之间使用测器与样品之间使用X射线聚焦元件（多毛细管透镜），或使用阵列射线聚焦元件（多毛细管透镜），或使用阵列型探测器来增大探测立体角。型探测器来增大探测立体角。4343新型探测器新型探测器微热量计微热量计u基于极低温下热敏元件吸收基于极低温下热敏元件吸收X射线造成的温度上升的灵敏射线造成的温度上升的灵敏测量来工作。测量来工作。u工作在极低温度下（工作在极低温度下（70mK）。u可提供比可提供比STJSTJ更高的能量分辨率更高的能量分辨率(2-5)(2-5)eVeV。u由于吸收装置回复到平衡状态的过程很慢，因而最大工作由于吸收装置回复到平衡状态的过程很慢，因而最大工作计数率较低（约计数率较低（约500cps500cps）。）。4444计数率记录系统计数率记录系统计数管计数管 前置放大器前置放大器线性放大器线性放大器脉冲整形线路脉冲整形线路RC积分积分线路线路电压测量线路电压测量线路波高分析仪波高分析仪定时器定时器 定标器定标器计数显示计数显示 数字打印数字打印 X-Y记录仪记录仪计数速率仪计数速率仪X射线射线4545衍射仪的工作方式衍射仪的工作方式n连续扫描连续扫描 计数管在匀速转动的过程中记录衍射信息计数管在匀速转动的过程中记录衍射信息.使用计数速率使用计数速率计，其中计，其中RC积分线路的参数比较重要。积分线路的参数比较重要。n步进扫描步进扫描 精确度较高。精确度较高。4646样品要求样品要求n n需要特别注意：衍射仪只能用于粉末压制成的样品或块状需要特别注意：衍射仪只能用于粉末压制成的样品或块状需要特别注意：衍射仪只能用于粉末压制成的样品或块状需要特别注意：衍射仪只能用于粉末压制成的样品或块状多晶体样品的测试，而不能用于单晶体的测试（原因是对多晶体样品的测试，而不能用于单晶体的测试（原因是对多晶体样品的测试，而不能用于单晶体的测试（原因是对多晶体样品的测试，而不能用于单晶体的测试（原因是对于固定波长的入射线，若样品为单晶体，则一个布拉格角于固定波长的入射线，若样品为单晶体，则一个布拉格角于固定波长的入射线，若样品为单晶体，则一个布拉格角于固定波长的入射线，若样品为单晶体，则一个布拉格角只能有一个晶面参与衍射，这样衍射强度将会很小，以致只能有一个晶面参与衍射，这样衍射强度将会很小，以致只能有一个晶面参与衍射，这样衍射强度将会很小，以致只能有一个晶面参与衍射，这样衍射强度将会很小，以致于无法检测出来）。于无法检测出来）。于无法检测出来）。于无法检测出来）。n n衍射仪的实验参数主要有以下几个：狭缝宽度、扫描速度、衍射仪的实验参数主要有以下几个：狭缝宽度、扫描速度、衍射仪的实验参数主要有以下几个：狭缝宽度、扫描速度、衍射仪的实验参数主要有以下几个：狭缝宽度、扫描速度、时间常数、走纸速度。时间常数、走纸速度。时间常数、走纸速度。时间常数、走纸速度。4747样品的制备样品的制备n n粉末压片粉末压片粉末压片粉末压片粒粒粒粒度度度度在在在在1-51-5微微微微米米米米左左左左右右右右，粒粒粒粒度度度度大大大大影影影影响响响响衍衍衍衍射射射射强强强强度度度度测测测测量量量量，粒度小产生衍射峰的宽化粒度小产生衍射峰的宽化粒度小产生衍射峰的宽化粒度小产生衍射峰的宽化n n粉末加到石腊油中粉末加到石腊油中粉末加到石腊油中粉末加到石腊油中n n薄膜样品薄膜样品薄膜样品薄膜样品厚厚厚厚度度度度存存存存在在在在强强强强度度度度的的的的影影影影响响响响：厚厚厚厚时时时时会会会会产产产产生生生生吸吸吸吸收收收收，薄薄薄薄时时时时衍衍衍衍射较弱射较弱射较弱射较弱n n择优取向问题择优取向问题择优取向问题择优取向问题