x射线衍射仪研究材料论文

布拉格条件：

2d sin θ = nλ，

式中，λ为X射线的波长，λ= Å，

衍射的级数n为任何正整数；

d和θ是对应的一组数据；当X射线以掠角θ(入射角的余角，又称为布拉格角)入射到晶体或部分晶体样品的某一具有点阵平面间距d的原子面上时,就能满足布拉格方程或者布拉格条件，从而产生三维衍射，衍射强度用感光照片或者闪烁接收器等进行接收、从而获得一组X射线粉末衍射图或资料。

这是一个十分复杂的问题，但是布拉格、劳厄等简化了这个问题。在对衍射原理进行讨论或者对衍射谱图进行解析的过程中，引入了晶面间距d和衍射指数n的概念，于是使问题得到了简化。当把衍射指数指标化后，在布拉格方程中，一般可只取n=1，即都把衍射峰看作某晶面的一级衍射峰。 如440衍射斑点或衍射峰可以解析为110晶面的4级衍射贡献、或者220晶面的2级衍射贡献、或者440晶面的1级衍射贡献；待到指标化后，它只被看作440晶面的一级衍射。如此类推。

X射线衍射分析法进行物相分析时，常用照相法和衍射仪法获得样品衍射花样。它们都要遵循衍射原理，衍射原理中最重要的就是布拉格公式或布拉格方程。

厄瓦尔德反射球，可以用图解的方式解释衍射原理：

倒易点阵最重要的应用就是用厄瓦尔德反射球图解并阐述了衍射原理。调整一级布拉格公式2d sin θ = λ 为：

sin θ =λ/(2d) = (1/d)/(2/λ)，

这个式子表明，一级布拉格公式的所有元素都可以集中到一个直角三角形，θ角的正弦可以表示为晶面间距d的倒数（1/d作θ角相对的直角边）与2倍波长λ倒数（2/λ作斜边）的商。

[图1  厄瓦尔德反射球]

图1是著名的Ewald反射球。以样品位置C为中心，1/λ为半径作圆球，入射X射线ACO（直径）的A、O两点均在球赤道圆上，设想晶体内与X射线AC成θ角的晶面（hkl）形成衍射线CG交赤道圆于G，则AG⊥OG。∠OAG=θ，OG=1/d。G点是符合布拉格方程的（hkl）晶面的衍射斑点，G点必在这个球面上。此球称为厄瓦尔德反射球。CG是衍射线方向，∠OCG=2θ是衍射角。G点还可以看作是以O点为原点的衍射面（hkl）的法线方向上的一点，该法线长度等于衍射面系列的晶面间距dhkl的倒数，不同于真实晶体的虚幻的点O、G及衍射面等组成了以晶体为正点阵的倒易点阵诸元素。O点是倒易点阵原点，OG是倒易矢量Hhkl。

单晶体的倒易阵是在三维空间有规律排列的阵点，根据厄瓦尔德图解可以领悟到单晶体的衍射斑点组成。粉末多晶体由无数个任意取向的晶粒组成，所以其某一确定值晶面（hkl）的倒易点如（110）在三维空间是均匀分布的，所有晶粒这些倒易点的集合构成了一个以O为球心、半径为1/dhkl（=Hhkl）的倒易球壳，显然这个倒易球壳来源于那个｛hkl｝晶面族的衍射。不同晶面间距d晶面的衍射对应不同半径的同心倒易球壳,它们与反射球相交,得到一个个圆。以该圆为底面、以反射球心为顶点的旋转圆锥称为衍射圆锥或衍射锥，它的顶角夹角等于4θ。因为，当样品单晶旋转时或样品是多晶体时，满足布拉格方程的倒易点阵点不仅是一个已标出的G点，而是以C为顶点、以CO为对称轴、以CG为母线的旋转圆锥面都是样品中一个（hkl）晶面系列的衍射方向，该旋转圆锥面的顶角为4θ，其与反射球交点轨迹就是G点所在的垂直于直径ACO的圆。

[图2 旋转晶体的倒易点阵]

这是（hkl）晶面等于某一组特定值时的情况。当（hkl）值换为另一组值，衍射面自然也变为另一组值，布拉格角θhkl随hkl值变换而不同于前一个θ角，衍射角2θhkl也随之改变，衍射斑点的位置也相应改变。晶面指数不是连续变化，衍射圆锥面也相应地断续发生。旋转晶体在其转轴[001]方向获得如图2的倒易点阵结构：以转轴为轴的以晶体处即反射球心为顶点的以2θ为半顶角的一系列不连续的圆锥面再与反射球的交线圆。这些圆平面垂直于纸面，故在纸面上投影画为直线。从中心向两侧分别标以l=0、±1、±2、……。用感光胶片在垂直于l轴或C*轴方向（*表示属于倒易点阵空间）接收，会得到一系列同心圆环（或称为德拜圆环）。放感光胶片到平行于l轴方向，接收到的由衍射锥留下的交线图案就是一系列类双曲线极限球。

图3是平板照相法（平面底片法）获得X射线衍射图原理的图解；感光胶片垂直于X射线摆放。图3中的样品就是无规取向聚甲醛POM。

这种照相法的优点是一次实验可获得较多的衍射记录。解析衍射图案可以获得样品的许多结构信息，如取向情况，结晶情况等。

园筒底片法（又叫回转照相法或旋晶法）：

研究晶体结构时，特别是研究对称性较低晶体结构时，几乎总是使和易于处理和解析的单晶法。

回转照相法

单晶固定在测试头上射线束照射的中心位置，使某晶轴平行于旋转轴。感光胶片装在园筒形相盒内，相盒园筒的中心轴线与转轴重合。使用单色X射线，垂直地入射位于转轴上的单晶某轴。设该晶轴为C轴，单色光波长入是常数，则单晶衍射的反射球具有固定的半径1/λ。当单晶在其平衡位置附近不断地来回转动（回转或回摆）或单向转动时，倒易点阵也随之摆动或转动。一切能使感光胶片感光的衍射线必然满足

c(cosγ—cosγo)=lλ，

固晶轴与λ射线垂直，转动的衍射线集合组成了一套套同轴的L是层线数。圆锥面（特称劳厄锥），见图4。图4是回转照相、衍射劳厄锥、衍射底片层线晶胞参数求解图示图。λ射线所在的平面是一个大圆，在圆筒底片引发感光形成赤道线，指数为hko；在展开的相平面中是位于中央的水平真线，称为O级层线（l=0）。向上（或向下）依次是第1，2，…层线（指数分别为hk1，hk2等），它们与0层线都是互相平行的水平直线。

图5是多晶粉末德拜-谢乐照相法示意图。胶片贴内壁安装。粉晶圆锥衍射面被德拜-谢乐园筒形感光胶片所截，每个劳厄锥的截线都是一对关于X射线入射点为对称的弧线。

多晶粉末衍射仪法

衍射仪的接收器把获得的光的闪烁信号转化为强度输出，如果用X-Y型记录仪画出谱图，就是多晶粉末衍射谱。横坐标是衍射角（2θ）；纵坐标是衍射强度

材料学专业开题报告

写开题报告前应该做好资料收集，写好文献综述，为论文开题报告打好基础。以下是我分享的材料学专业开题报告，欢迎阅读借鉴。

1.论文题目：zno压电薄膜制造瓷砖的研究

2.选题意义：

理论意义

根据当前的物理尖端技术，利用压电陶瓷的特性，利用真空制膜机，使用zno等材料制成可以将压力转化成电能的压电薄膜。

实践意义

将压电薄膜添加在瓷砖中，铺设在火车站，飞机场等人流量大的地方，从而将人们走过的压力转化成电能以供给照明的用处从而达到节能减排的效果。

3.文献综述

查阅的文献类型

主要有：书籍、期刊

文献查阅的方法

主要有：图书馆、CNKI、维普、万方

参考的着作

1.《ZnO压电薄膜的制备与性能表征》

作者：许恒星，王金良，唐宁，彭洪勇，范超 于2009年8月第38卷第4期《人工晶体学报》

摘要：采用射频磁控溅射法在硅(100)衬底上制备高质量的ZnO压电薄膜。利用x射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、压电响应力显微镜(PFM)等仪器研究了薄膜成分，表面形貌和压电性质。结果表明：实验制备的ZnO薄膜具有很好的压电性质，C轴取向和表面粗糙度对薄膜压电特性有很大影响，高度c轴取向生长和表面粗糙度较小的ZnO薄膜表现出更好的压电性质

2.《陶瓷薄膜制备及应用》

作者：卢旭晨;李佑楚;韩铠;王风鸣; 于1999期06版《材料导报》

摘要：对各种薄膜制备方法的特点(即物理方法、化学方法)进行阐述，并且从氧化物和非氧化物的角度，综述了陶瓷薄膜作为硬质薄膜、气敏薄膜以及铁电、压电等微电子薄膜的应用。

3.《0-3型压电陶瓷/聚合物复合材料的制备工艺新进展》

作者：李小兵;田莳;张跃; 于2001年04期《功能材料》

摘要：03型压电陶瓷/聚合物复合材料具有单相压电陶瓷或聚合物所不具备的良好的综合性能,因此引起了人们广泛的兴趣和研究。本文综述了03型压电复合材料的制备工艺及相应复合材料的压电性能,重点介绍了水解聚合法、凝聚胶体法、溶液聚合法3种新型制备工艺,简要分析各种制备工艺的优缺点,为压电陶瓷/聚合物复合材料(甚至是纳米级压电复合材料)的进一步研究、开发和应用提供依据。

4.《用PLD法制备声表面波器件用ZnO薄膜》

作者：刘彦松;王连卫;李伟群;黄继颇;林成鲁; 于2001年01期《功能材料》

摘要：采用脉冲激光淀积(PLD)法在单晶Si(100)衬底上淀积了ZnO薄膜。XRD、TEM和AFM分析表明,淀积的ZnO薄膜具有良好的c轴取向性和表面平整度。通过改变淀积气氛或在纯氧中高温退火,ZnO薄膜的电阻率提高到107Ω·cm.这些结果表明,用PLD法淀积的ZnO薄膜能够满足声表面波(SAW)器件的需要。

5.《ZnO薄膜及其性能研究进展》

作者：黄焱球;刘梅冬;曾亦可;刘少波; 于2001年03期《无机材料学报》

摘要：ZnO薄膜是一种具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料，在透明导体、发光元件、太阳能电池窗口材料、光波导器、单色场发射显示器材料、高频压电转换器、表面声波元件、微传感器以及低压压敏电阻器等方面具有广泛的用途。ZnO薄膜的制备方法多样，各具优缺点;而薄膜性质的.差异则取决于不同的掺杂组分，并与制备工艺紧密相关。本文综述了ZnO薄膜的制备及性质特征，并对其发展趋势及前景进行了探讨。

4.研究设计

概念界定

zno压电薄膜：ZnO薄膜是一种具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料，在透明导体、发光元件、太阳能电池窗口材料、光波导器、单色场发射显示器材料、高频压电转换器、表面声波元件、微传感器以及低压压敏电阻器等方面具有广泛的用途

瓷砖：是以耐火的金属氧化物及半金属氧化物，经由研磨、混合、压制、施釉、烧结之过程，而形成之一种耐酸碱的瓷质或石质等之建筑或装饰之材料，总称之为瓷砖。其原材料多由粘土、石英沙等等混合而成。

研究假设

通过采用射频磁控溅射法在硅(100)衬底上制备高质量的ZnO压电薄膜可以做到将压力转换为电能的效果。

研究内容

查阅论文期刊，从理论上分析出可以利用zno制作出压电薄膜;

通过借助我们的指导教师任岳导师实验室中的射频磁控溅射法在硅(100)衬底上制备高质量的ZnO压电薄膜

检测制作的zno压电薄膜导电能力并结合到瓷砖中从而利用到实践中。

研究方法

文献法、实验法、观察法等，通过理论加实验分析相结合的方法，利用到学校的一些地方加以检验。

研究步骤

查阅资料→理论分析→射频磁控溅射制作薄膜→验证转化效率→结合瓷砖→实际检测→得出结论

5.结论

通过研究发现可以实现将压力转化为电能，但效率比较低，可以进一步研究通过zno和其他材料相结合的或者通过合理布局瓷砖设计从而提高转化以及利用效率。

6.参考文献

[1]马勇，王万录，吕建伟，等。ZnO薄膜的光致发光[J].功能材料，2004,35(2):139-144

[2]李世涛，乔学亮，陈建国。透明导电薄膜的研究现状及应用[J].激光与光电子学进展，2003,4o(7)：53-59.

[3]葛春桥，薛亦渝，夏志林。AZO透明导电薄膜的制备技术光电特性及应用[J].真空电子技术，2004,16(6)：51-54.

[4]邓允棣。氧化锌掺杂的研究进展[J].科协论坛，2007,7(2)：50-51

[5]许小红，武海顺。压电薄膜的制备、结构与应用[M].北京：科学出版社，2002.

[6]贺洪波，范正修。C轴择优取向ZnO薄膜的溅射工艺与结构研究[J].功能材料，2000,31(增刊)：

[7]包定华，张良莹，姚熹。薄膜压电性能的测量方法[J].硅酸盐通报，1999,18(3)：18-22

[8]马孜，吕百达。光学薄膜表面形貌的原子力显微镜观察[J].电子显微学报，2000,19(5)：lO一13.

[9]滕风恩，煜明，姜小龙，等。x射线结构分析与材料性能表征[M].北京：科学出版社，1997:25-40

[10]林鸿溢，张焱，丁世昌，等。纳米ZnO薄膜制备技术及其特性的研究[J].北京理工大学学报，1995,15(2)：132-137.