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X射线衍射

X-ray diffraction，XRD

定义：具有短波长的X射线电磁波的交变电场与原子的核外电子相互作用，从而使带电电子受迫振动，成为发射球面电磁波的波源。这种散射波通常继承原入射束的波长和位相（反常散射有位相改变），使有序结构的每个原子的次生弹性散射波彼此相干叠加，在空间一些特定方向上，形成具有一定强度的X射线束的现象，称为X射线衍射。X射线衍射（XRD）作为一个重要的技术方法，可以为材料提供结构等多方面信息。

学科：化学_物理化学_晶体化学

相关名词：电磁波 X射线布拉格方程

图片来源：视觉中国

【延伸阅读】

1895年，德国物理学家伦琴（Wilhelm Röntgen，1845～1923年）在研究阴极射线管时，发现了一种有穿透力而肉眼看不见的射线。因为当时对其一无所知，故称之为X射线。由于这一发现，伦琴获得了1901年诺贝尔物理学奖。后来随着技术发展，又发现了X射线的一系列特征：它可以使照相底片感光、荧光板发光，可以使气体电离；在电场、磁场中不偏转，通过物体也不发生反射、折射现象。

X射线属于电磁波的一种，波长在10^-10~10^-8厘米范围内，波长短、能量高。一般的光栅不能使其引起衍射现象。考虑到X射线的波长和晶体内部原子面间的距离相近，1912年，德国物理学家劳厄（Max von Laue，1879～1960年）提出一个重要的科学预见：晶体可以作为X射线的空间衍射光栅，即当一束X射线通过晶体时将产生衍射，衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。因此，通过分析在照相底片上得到的衍射花样，便可确定晶体结构。这一预见很快在1913年得到了证实。英国物理学家布拉格父子（W.H.Bragg，W.L.Bragg）成功地测定了氯化钠（NaCl）、氯化钾（KCl）等物质的晶体结构，并提出了著名的布拉格方程2dsinθ=nλ（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，只有照射到相邻两晶面的光程差是X射线波长的n倍时才产生衍射）。之后，布拉格方程也成为整个晶体衍射的基础。

当某物质（晶体或非晶体）进行衍射分析时，该物质被X射线照射产生不同程度的衍射现象；物质组成、晶型、分子内成键方式、分子的构型和构象等决定了该物质产生的特有衍射图谱。由于物质的性能主要取决于其组成和结构，因此X射线衍射分析法作为材料结构和成分分析的一种现代科学方法，已逐步在各学科研究和生产中广泛应用。X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高，以及能得到有关晶体完整性信息等大量优点。

来源：学习强国

编辑：小菜

发稿：协会秘书处

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