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掠入射XRD的原理及與常規(guī)XRD技術(shù)的差異

來(lái)源：時(shí)間：2024-09-14 17:01:25 瀏覽：3043次

掠入射XRD的原理及與常規(guī)XRD技術(shù)的差異

X射線衍射（XRD）技術(shù)是一種重要的材料分析方法，廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等領(lǐng)域。它通過(guò)分析X射線在晶體材料中的衍射現(xiàn)象，獲取物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、應(yīng)變等信息。常規(guī)XRD技術(shù)在分析塊狀樣品時(shí)具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性，但在分析薄膜、納米材料等表面敏感樣品時(shí)，存在一定的局限性。為了克服這些局限，掠入射XRD（GIXRD）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

X射線衍射儀

掠入射XRD原理

1. 掠入射XRD簡(jiǎn)介

掠入射XRD是一種特殊的XRD技術(shù)，其特點(diǎn)在于X射線以極小的入射角（通常小于5度）照射到樣品表面。這種技術(shù)能夠有效減小X射線在樣品內(nèi)部的穿透深度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面結(jié)構(gòu)的敏感分析。

2. 掠入射XRD原理

（1）X射線與物質(zhì)的相互作用

X射線在物質(zhì)中的傳播過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是與物質(zhì)中的電子相互作用的過(guò)程。當(dāng)X射線照射到晶體材料時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象。衍射現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于X射線與晶體中的原子平面發(fā)生相互作用，導(dǎo)致X射線發(fā)生相位變化。

（2）布拉格定律

布拉格定律是XRD技術(shù)的基本原理，表達(dá)式為：nλ = 2d sinθ，其中n為整數(shù)，λ為X射線波長(zhǎng)，d為晶面間距，θ為布拉格角。當(dāng)X射線滿(mǎn)足布拉格條件時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象。

（3）掠入射XRD原理

在掠入射XRD實(shí)驗(yàn)中，X射線以極小的入射角照射到樣品表面。由于入射角較小，X射線在樣品內(nèi)部的穿透深度有限，主要集中在樣品表面附近。因此，掠入射XRD技術(shù)能夠有效分析樣品表面結(jié)構(gòu)。

掠入射XRD與常規(guī)XRD的區(qū)別

1. 分析對(duì)象

常規(guī)XRD技術(shù)適用于分析塊狀樣品，而掠入射XRD技術(shù)適用于分析薄膜、納米材料等表面敏感樣品。

2. X射線入射角

常規(guī)XRD技術(shù)的X射線入射角通常在20度至70度之間，而掠入射XRD技術(shù)的X射線入射角小于5度。

3. 穿透深度

常規(guī)XRD技術(shù)中，X射線在樣品內(nèi)部的穿透深度較大，可能導(dǎo)致樣品表面結(jié)構(gòu)信息被掩蓋。而掠入射XRD技術(shù)中，X射線在樣品內(nèi)部的穿透深度較小，有利于分析樣品表面結(jié)構(gòu)。

4. 衍射峰強(qiáng)度

由于掠入射XRD技術(shù)中X射線在樣品內(nèi)部的穿透深度較小，衍射峰強(qiáng)度較低。因此，在分析過(guò)程中，需要采用較長(zhǎng)的曝光時(shí)間或更靈敏的檢測(cè)器。

5. 結(jié)構(gòu)敏感性

掠入射XRD技術(shù)對(duì)樣品表面結(jié)構(gòu)具有較高的敏感性，能夠揭示常規(guī)XRD技術(shù)難以檢測(cè)的細(xì)微結(jié)構(gòu)變化。

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