纳米材料的X射线分析(第2版)

第1章晶体几何学基础001

1.1晶体点阵/001

1.1.1点阵概念/001

1.1.2晶胞、晶系/003

1.1.3点阵类型/003

1.2晶体的宏观对称性和点群/005

1.2.1宏观对称元素和宏观对称操作/005

1.2.2宏观对称性和点群/008

1.3晶体的微观对称性和空间群/011

1.3.1微观对称要素与对称操作/011

1.3.2230种空间群/012

1.4倒易点阵/013

1.4.1倒易点阵概念的引入/013

1.4.2正点阵与倒易点阵间的几何关系/015

1.4.3晶带、晶带定律/016

1.5晶体的结合类型/017

1.5.1离子结合/017

1.5.2共价结合/019

1.5.3金属结合/019

1.5.4分子结合/020

1.5.5氢键结合/020

1.5.6混合键晶体/020

参考文献/021



第2章X射线衍射理论基础022

2.1X射线及X射线谱/022

2.1.1X射线的本质/022

2.1.2X射线谱/022

2.2射线与物质的交互作用/026

2.2.1X射线的吸收/026

2.2.2激发效应/027

2.2.3X射线的折射/027

2.2.4X射线的反射/027

2.2.5物质对X射线的散射和衍射/028

2.3衍射线的方向/029

2.3.1劳厄方程/029

2.3.2布拉格定律/031

2.4多晶体衍射强度的运动学理论/035

2.4.1单个电子散射强度/035

2.4.2单个原子散射强度/036

2.4.3单个晶胞散射强度/037

2.4.4实际小晶粒积分衍射强度/039

2.4.5实际多晶体衍射强度/040

2.5X射线衍射及相关的研究方法/044

参考文献/0452



第3章X射线衍射实验装置046

3.1X射线衍射仪原理和实验技术/047

3.1.1一般特点/047

3.1.2光学原理/049

3.1.3衍射仪的准直和角度校准/050

3.1.4衍射仪参数的选择/050

3.1.5晶体单色器/050

3.2X射线源/052

3.2.1普通X射线源/052

3.2.2同步辐射光源/054

3.3X射线探测器和记录系统/060

3.3.1盖格计数器、正比计数器和闪烁计数器/060

3.3.2能量探测器/063

3.3.3面探测器/064

3.3.4阵列探测器/065

3.3.5记录系统的发展/066

3.4工作模式及附件/066

3.4.1粉末衍射仪的工作模式/067

3.4.2X射线粉末衍射仪中的附件/070

参考文献/073



第4章多晶X射线衍射实验方法074

4.1测角仪/074

4.2狭缝系统及几何光学/077

4.3样品制备/078

4.3.1粉末的要求和制备/079

4.3.2填样宽度和深度/080

4.3.3样品的放置位置/083

4.3.4样品颗粒粗细对数据的影响/083

4.4粉末衍射数据的获取/084

4.4.1波长的选择/084

4.4.2单色化/085

4.4.3功率设定/085

4.4.4步进扫描/086

4.4.5连续扫描/086

4.4.6扫描范围/087

4.5实验方法和数据处理方法对实验结果的影响/087

4.6X射线的安全与防护/088

参考文献/089



第5章物相定性分析091

5.1物相定性原理和ICDD数据库/091

5.1.1物相定性分析的原理和方法/091

5.1.2粉末衍射卡组(PDF)及其索引/092

5.1.3PDF数据库/96

5.2定性分析的步骤/100

5.2.1实验获得待检测物质的衍射数据/100

5.2.2数据观测与分析/101

5.2.3检索和匹配/101

5.2.4*后判断/101

5.2.5具体示例/102

5.3定性分析的计算机检索/104

5.3.1PCPDFWIN定性相分析系统的应用/104

5.3.2Jade 定性相分析系统的应用/109

5.3.3人工检索和计算机检索的比较/115

5.4复相分析和无卡相分析/1165

5.4.1复相分析/118

5.4.2无卡相分析/120

5.5物相定性分析中应注意的问题/122

参考文献/124



第6章物相定量分析125

6.1多晶物相定量分析原理/125

6.1.1单相试样衍射强度的表达式/126

6.1.2多重性因数/126

6.1.3结构因数/126

6.1.4温度因数/127

6.1.5吸收因数/128

6.1.6衍射体积/128

6.1.7多相试样的衍射强度/129

6.2采用标样的定量相分析方法/130

6.2.1内标法/131

6.2.2增量法/134

6.2.3外标法/142

6.2.4基体效应消除法（K值法）/147

6.2.5标样方法的实验比较/151

6.3无标样的定量相分析方法/152

6.3.1直接比较法/152

6.3.2绝热法/154

6.3.3Zevin的无标样法及其改进/156

6.3.4无标样法的实验比较/164

6.4定量分析的*新进展和注意的问题/165

6.4.1定量分析的*新进展/165

6.4.2Rietveld定量分析/167

6.4.3X射线物相定量分析中应注意的问题/169

参考文献/170



第7章指标化和晶胞参数的测定171

7.1多晶衍射图的指标化/171

7.1.1 已知精确晶胞参数时衍射线的指标化/171

7.1.2已知粗略晶胞参数时衍射线的指标化/171

7.1.3指标立方晶系衍射图的sin2θ比值法/172

7.1.4指标四方和六方晶系衍射图的图解法/172

7.1.5指标未知晶系衍射图的尝试法/175

7.1.6指标未知晶系衍射图的伊藤法(Ito)/175

7.2晶胞参数的精确测定/177

7.2.1德拜-谢乐照相法/179

7.2.2聚焦相机法/183

7.2.3衍射仪法/184

参考文献/184



第8章纳米材料微结构的X射线表征185

8.1谱线线形的卷积关系/185

8.2微晶宽化与微应力宽化效应/186

8.2.1微晶宽化效应——谢乐公式/186

8.2.2微应力引起的宽化/188

8.3分离微晶和微应力宽化效应的各种方法/188

8.3.1Fourier级数法/188

8.3.2方差分解法/190

8.3.3近似函数法/191

8.3.4前述几种方法的比较/191

8.4堆垛层错引起的宽化效应/192

8.4.1密堆六方的堆垛层错效应/192

8.4.2面心立方的堆垛层错效应/192

8.4.3体心立方的堆垛层错效应/193

8.4.4分离密堆六方ZnO中微晶-层错宽化效应的Langford方法/194

8.5分离多重宽化效应的*小二乘法/195

8.5.1分离微晶-微应力宽化效应的*小二乘法/195

8.5.2分离微晶-层错宽化效应的*小二乘法/196

8.5.3分离微应力-层错二重宽化效应的*小二乘法/197

8.5.4分离微晶-微应力-层错三重宽化效应的*小二乘法/198

8.5.5计算程序的结构/200

8.6应用举例/201

8.6.1MmB5储氢合金微结构的研究/202

8.6.2纳米NiO的制备和微结构的表征/204

8.6.3纳米Ni粉的制备和微结构的表征/205

8.6.4V-Ti合金在储放氢过程中的微结构研究/207

8.6.5β-Ni(OH)2中微结构的研究/209

8.6.6纳米ZnO微结构的研究/218

8.6.7Mg-Al合金的微结构研究/220

8.6.8石墨堆垛无序度的研究/222

8.6.9应用小结/227

参考文献/228



第9章Rietveld结构精修原理与方法230

9.1Rietveld方法的发展史/231

9.2Rietveld方法的基本原理/232

9.2.1Rietveld方法的算法/233

9.2.2Rietveid方法结果的评价/234

9.3Rietveld方法中衍射峰的线形分析/235

9.3.1峰形函数分析方法/235

9.3.2峰形函数拟合/235

9.3.3微结构分析/237

9.4Rietveld分析中的校正/238

9.4.1择优取向校正/238

9.4.2微吸收校正/239

9.4.3背底修正/240

9.5Rietveld方法的晶体结构分析/240

9.6Rietveld方法的相定量分析/241

9.7Rietveld方法的指标化和相分析/242

9.8Rietveld分析的实验方案/243

9.8.1仪器的选择/243

9.8.2波长和衍射数据范围选择/243

9.8.3步进方式选择/244

9.9Rietveld精修的步骤和策略/245

参考文献/247



第10章粒度分布和分形结构的小角散射测定250

10.1小角X射线散射理论简介/250

10.1.1一个电子的散射/250

10.1.2两个电子的散射/251

10.1.3多电子系统的散射/252

10.1.4多粒子系统的小角X射线散射/253

10.2小角Ｘ射线散射实验装置/255

10.2.1三狭缝系统/255

10.2.2针状狭缝系统/256

10.2.3锥形狭缝系统/256

10.2.4Kratky狭缝系统/257

10.2.5多重晶反射系统/257

10.2.6同步辐射SAXS装置/257

10.2.7小角X射线散射的实验配置/258

10.3小角散射的实验技术和方法/258

10.3.1试样制备技术/258

10.3.2光路的校准/259

10.3.3散射数据的前处理/259

10.4异常小角X射线散射和二维小角X射线散射/260

10.4.1异常小角X射线散射/260

10.4.2二维小角X射线散射/262

10.5纳米材料颗粒大小及其分布的测定/263

10.5.1一些常用的计算方法/263

10.5.2小角散射与其他方法的比较/264

10.6纳米材料分形结构研究/265

10.6.1分形/265

10.6.2来自质量和表面尺幂度体的小角散射/267

10.6.3散射强度与尺幂度体维度的关系/268

参考文献/269



第11章化学组分和原子价态的X射线分析270

11.1X射线发射谱/270

11.1.1激发Ｘ射线/270

11.1.2X射线发射谱化学分析/272

11.1.3X射线发射谱的精细结构/273

11.2X射线吸收谱/274

11.2.1吸收限/274

11.2.2用X射线吸收谱的化学定性定量分析/275

11.3俄歇电子能谱/275

11.3.1俄歇电子的能量和强度/276

11.3.2用俄歇电子谱的元素定性定量分析/277

11.3.3用俄歇谱的化学价态研究/278

11.4光电子能谱/278

11.4.1光电子谱的能量和强度/278

11.4.2X射线光电子能谱化学分析/280

11.4.3价态研究/280

11.4.4价态研究实例/282

11.5软X射线磁圆二色谱/283

11.5.1X射线磁圆二色的基本原理/283

11.5.2软X射线磁圆二色谱实例/284

参考文献/286



第12章纳米薄膜和一维超晶格材料的X射线分析287

12.1概述/287

12.2薄膜分析中常用的X射线方法/288

12.2.1低角度X射线散射和衍射/288

12.2.2掠入射X射线衍射/288

12.2.3粉末衍射仪和薄膜衍射仪/289

12.2.4双晶衍射仪和多重晶衍射仪/289

12.3原子尺度薄膜的研究/290

12.4纳米薄膜和多层膜的研究/291

12.4.1膜的厚度测定/291

12.4.2厚度涨落的研究/295

12.4.3薄膜组分测定/298

12.4.4薄膜的相分析和相变/299

12.4.5薄膜晶粒大小和嵌镶块大小的测定/300

12.4.6单晶膜完整性的观测/301

12.5薄膜材料中的应力测定/302

12.5.1单晶薄膜的应变和弯曲度的测定/302

12.5.2多晶膜的应力测定/304

12.5.3纳米薄膜材料应力测定的特征/307

12.6一维超晶格材料的Ｘ射线分析/307

12.6.1非晶超点阵的研究/308

12.6.2多晶超点阵的研究/309

12.6.3单晶超点阵的研究/312

12.7超点阵界面粗糙度的X射线散射理论/318

12.7.1一般介绍/318

12.7.2来自不同粗糙界面的散射/322

12.8不完整性和应变的衍射空间或倒易空间图研究/323

12.8.1衍射空间绘制/323

12.8.2倒易空间测绘/323

参考文献/326



第13章介孔材料的X射线表征327

13.1介孔材料的分类/327

13.2介孔材料的X射线表征/328

13.2.1X射线表征的特点和实验要求/328

13.2.2孔结构参数的计算/329

13.3介孔氧化硅材料的X射线表征/329

13.3.1二维六方结构/329

13.3.2立方孔道结构/332

13.3.3三维六方-立方共生结构/334

13.4金属氧化物介孔材料的X射线表征/336

13.4.1金属氧化物介孔材料的结构特征/336

13.4.2氧化钛介孔材料/336

13.4.3介孔氧化铁的X射线表征/337

13.4.4介孔Co3O4和Cr2O3的X射线表征/339

13.4.5介孔NiO的X射线表征/339

13.4.6介孔MnO2的X射线表征/341

13.4.7介孔稀土氧化物的X射线表征/341

13.5介孔碳材料的X射线表征/342

13.6介孔聚合物和高分子材料的X射线表征/346

13.6.1以介孔氧化硅为模板制备的高分子介孔材料/346

13.6.2以Pluronic F127为模板制备的高分子介孔材料/347

13.7介孔材料的分形结构SAXS研究/349

参考文献/351