从小米14 Ultra看XRD如何鉴别材料成分

  日前，有热门博主“胜利文绉绉”发布视频，声称其采用 XRD 测试仪测试了小米 14 Ultra 手机龙晶蓝 陶瓷版本 的后盖。

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  据了解，XRD 即X-ray diffraction 的缩写，X射线衍射，通过对材料来X射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。

  X射线的波长和晶体内部原子面之间的间距相近，晶体可当作X射线的空间衍射光栅，即一束X射线照射到物体上时，受到物体中原子的散射，每个原子都产生散射波，这些波互相干涉，结果就产生衍射。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。分析衍射结果，便可获得晶体结构。以上是1912年德国物理学家劳厄(M.von Laue)提出的一个重要科学预见，随即被实验所证实。1913年，英国物理学家布拉格父子(W.H.Bragg，W.L.Bragg)在劳厄发现的基础上，不仅成功的测定了NaCl，KCl等晶体结构，还提出了作为晶体衍射基础的著名公式——布拉格方程：2dsinθ=nλ。

  对于晶体材料，当待测晶体与入射束呈不同角度时，那些满足布拉格衍射的晶面就会被检测出来，体现在XRD图谱上就是具有不一样的衍射强度的衍射峰。对于非晶体材料，由于其结构不存在晶体结构中原子排列的长程有序，只是在几个原子范围内存在着短程有序，故非晶体材料的XRD图谱为一些漫散射馒头峰。X射线衍射仪是利用衍射原理，精确测定物质的晶体结构，织构及应力，精确的进行物相分析，定性分析，定量分析。大范围的应用于冶金，石油，化工，科研，航空航天，教学，材料生产等领域。

  XRD被广泛的应用在材料分析领域中。作为结构研究的一种重要方法，那么XRD到底可以做什么？

  物相分析：每一种晶体都有它自己的晶面间距d，而且其中原子按照一定的方式排布着，这反映到衍射图上各种晶体的谱线有它自己特定的位置。数目和强度I。因此，只需将未知物中的衍射图中各谱线测定的角度和强度和已知样品的谱线进行比较就能够达到分析目的。

  测定晶粒度：XRD测定晶粒度是基于衍射线的宽度与材料晶粒大小有关这一现象。对于TiO2纳米粉体，其主要衍射峰2θ为21.5°。 当采用铜靶作为衍射源，波长为0.154nm，衍射角2θ为25.30°，测量获得的半高宽为0.375°，一般Scherrer常数取0.89.根据Scherrer公式，可以计算获得晶粒的尺寸。此外，根据晶粒大小，还可以计算纳米粉体的比表面积。

  小角X射线衍射：在纳米多层膜料中，两薄膜层材料反复重叠，形成调制界面。当X射线入射时，周期良好的调制界面会与平行薄膜表面的晶面一样,在满足Bragg条件时，产生相干衔射，形成明锐的衍射峰。由于多层膜的调制周期比金属和化合物的最大晶面间距大得多，所以只有小周期多层膜调制界面产生的XRD衍射峰可以再小角度衍射时观察到，而大周期多层膜调制界面XRD衍射峰则因其衍射角度更小而没有办法进行观测。因此，对制备良好的小周期纳米多层膜可以用小角度XRD方法测定其调幅周期。

  薄膜厚度和界面结构的测定：随着纳米材料的快速地发展，纳米薄膜研究也慢慢的变重要。利用XRD研究薄膜的厚度以及界面结构也是XRD发展的一个重要方向。通过二维XRD衍射还能够得到物相的纵向深度剖析结果，也能够得到界面物相分布结果。物质状态的鉴别：不同的物质状态对X射线的衍射作用是不同的，因此能利用X射线谱来区别晶态和非晶态。一般非晶态物质的XRD谱为一条直线θ角出现的漫散型峰的XRD一般是由液体型固体和气体型固体所构成。晶体物质又可大致分为微晶和晶态，微晶具有晶体的特征，但由于晶粒小会产生衍射峰的宽化弥散，而结晶好的晶态物质会产生尖锐的衍射峰。