二维x射线衍射技术在晶体结构测定中的应用

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1、二维X射线衍射在晶体结构测定中应用研究进展摘要：X射线衍射是□前晶体结构研究领域屮的一种重要的技术和手段。木文主要介绍了二维X射线衍射(2D-XRD)的冇关概念，二维X射线衍射系统的工作原理、系统构件以及这一先进测量技术在品体结构测定中的应用研究进展，期望为后续晶体结构的分析和研究提供参考。关键词:二维X射线衍射;晶体结构；进展Abstract:X-raydiffractionisoneoftheimportantmeansinthefieldofcrystalstructureresearch.Thisarticlemainlyintro

2、ducedrelevantconceptsoftwo-dimensional(2D-XRD)，2D-XRDsystemworkingprinciple，devicecompositionanditsapplicationincrystalstructuredeterminationresearchtoprovideareferenceforfurtheranalysisandresearchofthecrystalstructure.Keywords:two-dimensionalX-raydiffraction;Crystalstruct

3、ure;progress1.引言X射线衍射分析法是研究物质的物相和晶体结构的主要方法。当对晶体进行X射线衍射分析时，晶体被X射线照射产生不同程度的衍射现象，晶型、分子内成键方式、分了的构型、构象等决定该晶体产生特有的衍射图谱。X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大暈信息等优点。因此，X射线衍射分析法已晶体结构的研究中得到广泛应用［1］。随着探测技术、点光束X射线光学和计算机能力的进展以及二维探测器迅猛增加，二维X射线衍射技术得以迅速发展。二维X射线衍射技术(2D-XRD)是一种新的技术，二维象比一维

4、线形乜含更多的信息，因此，在晶体结构测定中2D-XRD中正得到越来越多的研究，有较好的应用前景。2.二维X射线衍射(2D-XRD)的概念及原理2.1X射线衍射的基本原理X射线同无线电波、可见光、紫外线等一样，本质上都属于电磁波，只是彼此之间占据不同的波长范ffl而已。X射线的波长较短，大约在10_8〜10"之间。X射线分析仪器上通常使用的X射线源是X射线管，这是-•种装冇阴阳极的真空封闭管，在管子两极间加上高电压，阴极就会发射出高速电了•流撞击金属阳极靶，从而产生X射线。当X射线照射到晶体物质上，由于品体是由原子规则排列成的晶胞组成，这些规

5、则排列的原子问距离与入射x射线波L<:有和同数量级，故由不同原子散射的X射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强X射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度，与晶体结构密切相关，不同的晶体物质具冇自己独特的衍射花样，这就是X射线衍射的基木原理［1］。2.2二维X射线衍射(2D-XRD)的定义在X射线衍射屮，数据的采集和分析主要是基于点探测器或位敏探测器(PSD)所扫描到的衍射空间。因此，传统XRD应用都是以传统的点探测器做一维射线收集，如物相鉴定、织构(取向)、残余应力、晶粒尺寸、点阵常数等。二维血探测器的出现大大的推进了探测技术的发展。二维衍射当

6、然离不开二维探测器，然而仅仅使用二维探测器的衍射实验不一定就是二维衍射。二维而探测技术并不是简单地沿袭了传统的一维衍射理论，它是一种建立在新方法上的新技术，不是简单使用二维探测器的衍射仪。除了2D探测器技术外，还乜括2D象处理、2D衍射花样的处理和解释。因为它所釆集的数据更加丰富，所以有必要提出一种新的概念来理解和诠释二维X射线衍射数据［2"3］。贺宝平［4］对二维X射线衍射作如下定义：在X射线衍射实验中使用二维探测器，并对由二维探测器记录二维象，二维衍射花样的数据进行处理分析和解释的X射线衍射方法称为二维X射线衍射术。2D-XRD是进行微

7、观结构分析的主要手段。3.二维X射线衍射仪系统的主要构件当一束单色X射线照射在样品上的时候，除了发生吸收之外，还可观察到散射X射线的波长与入射X射线相同，称之为相干散射。不同的原子和不同的原子排列周期性，X射线的强度和空间分布就形成了一个特定的模式，而各种模式反映出来的各种不同的信息就用以研究材料的结构［5］。一种典型的二维X射线衍射系统至少包括一个二维探测器、X射线源、X射线狭缝、样品台、样品调整与监控装置以及相应的计算机数据还原与分析软件，如图1所示。图1二维X射线衍射系统的五个主要组成部分4.二维X射线衍射技术在晶体结构测定中的应用由

8、上述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品体结构有关。每种结晶物质都有其特定的结构参数，因此，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