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掠入射XRD的原理及与常规XRD技术的差异

2024-09-20 17:35阅读：

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掠入射XRD的原理及与常规XRD技术的差异

X射线衍射（XRD）技术是一种重要的材料分析方法，广泛应用于材料科学、化学、物理学等领域。它通过分析X射线在晶体材料中的衍射现象，获取物质的晶体结构、晶粒尺寸、应变等信息。常规XRD技术在分析块状样品时具有较高的准确性和可靠性，但在分析薄膜、纳米材料等表面敏感样品时，存在一定的局限性。为了克服这些局限，掠入射XRD（GIXRD）技术应运而生。
掠入射XRD的原理及与常规XRD技术的差异
掠入射XRD原理
1. 掠入射XRD简介
掠入射XRD是一种特殊的XRD技术，其特点在于X射线以极小的入射角（通常小于5度）照射到样品表面。这种技术能够有效减小X射线在样品内部的穿透深度，从而实现对样品表面结构的敏感分析。
2. 掠入射XRD
原理
（1）X射线与物质的相互作用
X射线在物质中的传播过程，实质上是与物质中的电子相互作用的过程。当X射线照射到晶体材料时，会发生衍射现象。衍射现象的产生是由于X射线与晶体中的原子平面发生相互作用，导致X射线发生相位变化。
（2）布拉格定律
布拉格定律是XRD技术的基本原理，表达式为：nλ = 2d sinθ，其中n为整数，λ为X射线波长，d为晶面间距，θ为布拉格角。当X射线满足布拉格条件时，会发生衍射现象。
（3）掠入射XRD原理
在掠入射XRD实验中，X射线以极小的入射角照射到样品表面。由于入射角较小，X射线在样品内部的穿透深度有限，主要集中在样品表面附近。因此，掠入射XRD技术能够有效分析样品表面结构。

掠入射XRD与常规XRD的区别
1. 分析对象
常规XRD技术适用于分析块状样品，而掠入射XRD技术适用于分析薄膜、纳米材料等表面敏感样品。
2. X射线入射角
常规XRD技术的X射线入射角通常在20度至70度之间，而掠入射XRD技术的X射线入射角小于5度。
3. 穿透深度
常规XRD技术中，X射线在样品内部的穿透深度较大，可能导致样品表面结构信息被掩盖。而掠入射XRD技术中，X射线在样品内部的穿透深度较小，有利于分析样品表面结构。
4. 衍射峰强度
由于掠入射XRD技术中X射线在样品内部的穿透深度较小，衍射峰强度较低。因此，在分析过程中，需要采用较长的曝光时间或更灵敏的检测器。
5. 结构敏感性
掠入射XRD技术对样品表面结构具有较高的敏感性，能够揭示常规XRD技术难以检测的细微结构变化。
原文：掠入射XRD的原理及与常规XRD技术的差异

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