01引言

XRD（X-ray Diffraction）中文全称是X射线衍射，是一种快速、准确、高效的材料无损检测技术。作为一种表征晶体结构及其变化规律的手段，其应用遍及材料、化学、生物、医药、陶瓷、冶金、矿产等诸多领域。但大多数新同学对于XRD的测试原理一知半解，对其应用停留在简单的物相鉴别阶段，对其不同样品的测试要求和注意事项也不甚清楚。在此，我们用最简洁易懂的语言对XRD从原理到应用进行了详细的总结，希望能给大家一些帮助。

02XRD的测试原理

2.1 X射线是什么？

1895年，德国物理学家W.K.伦琴首次发现了X射线的存在，故X射线又称伦琴射线。X射线的本质是一种波长极短（约为10-8 ~10-12 m），能量很大的电磁波，它具有波粒二象性。[1] 现代科学研究中，对于波长

图1 第一张X射线照片

2.2 X射线在晶体中的衍射行为

由于X射线具有极大的能量，当其到晶体中时，晶体中的原子会在X射线的作用下被迫做周期性的运动，从而会以原子球为单位对外发射次生波，该波的频率与入射X射线一致，这个过程就成为X射线的散射（图2）。考虑到晶体中的原子在空间上呈周期性的规律排布，这些散射球面波之间存在着固定的位相关系，会在空间产生干涉，结果导致在某些散射方向的球面波相互加强，而在某些方向上相互抵消，从而也就出现衍射现象。[2] 因此，晶体中的X射线衍射实质上就是大量原子散射波在空间上相互干涉的结果。

图2 X射线和晶体中原子的相互作用

2.3 X射线衍射与材料结构的关联

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。然而，对于晶体材料，其原子排布在三维空间上长程有序，其XRD衍射图谱只在特定的位置上出现加强峰（X射线衍射加强结果）。晶体产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分布规律。

概括地讲，一个衍射花样的特征，可以认为由两个方面的内容组成: a) 衍射线在空间的分布规律—由晶胞的大小、形状和位向决定; b) 衍射线束的强度—取决于原子的种类和它们在晶胞中的位置。[1-3] 这些衍射花纹就像晶体的指纹一样，通过鉴别衍射花纹的在空间上出现的位置和强度，即可在X射线衍射和晶体结构之间建立定性和定量关系。

（1）布拉格方程是衍射分析中最重要的基础公式，是XRD理论的基石。它简单明确地阐明衍射的基本内涵，揭示了衍射与晶体结构的内在关