X射线粉末衍射是材料的晶体结构表征最常用的技术之一。本书涵盖X射线粉末衍射中的大部分知识点，包括晶体学基础知识、X射线衍射原理、X射线粉末衍射的实验技术、X射线粉末衍射的理解、衍射数据的基本处理、物相识别与定量分析、晶格参数和空间群的确定、晶体结构解析与晶体结构精修等内容。同时，本书还精选了大量的实例，通过图文分步进行介绍，有助于读者掌握晶体学基础知识及X射线粉末衍射的原理、实验技术与分析方法。
第1章 X射线粉末衍射简介 1
1.1 X射线衍射的发展史 1
1.2 X射线粉末衍射的主要用途 2
1.3 课程知识脉络 5
第2章 晶体学基础知识 7
2.1 晶体学概述 8
2.1.1 晶体学的发展 8
2.1.2 晶体的基本特征 9
2.2 晶体结构的描述 10
2.2.1 原胞与晶胞 10
2.2.2 晶胞内的原子 12
2.3 晶体的对称性 14
2.3.1 晶体的宏观对称元素 14
2.3.2 点群 18
2.3.3 劳厄群 20
2.3.4 晶系 21
2.3.5 晶体的微观对称元素 21
2.3.6 空间群 23
2.3.7 国际晶体学表 32
2.4 常见晶体结构 35
2.4.1 晶体结构建模 35
2.4.2 简单立方结构 36
2.4.3 体心立方结构 37
2.4.4 面心立方结构 38
2.4.5 六角密排结构 39
2.4.6 密排结构 40
2.4.7 金刚石结构 40
2.4.8 闪锌矿结构 41
2.5 晶体中的点、线、面 42
2.5.1 利用Crystal Impact Diamond软件学习晶体中的点、线、面 42
2.5.2 格点的坐标 43
2.5.3 晶向与晶向指数 43
2.5.4 晶面与晶面指数 44
2.6 倒易点阵 45
2.6.1 倒易基矢、倒易格子、倒易点阵 45
2.6.2 倒易关系 46
2.7 常见晶体学计算方法 48
2.7.1 晶胞的正交化 48
2.7.2 正格子和倒格子的转换 49
2.7.3 正格子和倒格子的指数转换 49
2.7.4 晶向长度、晶向夹角的计算 50
2.7.5 晶面间距、晶面夹角的计算 51
2.7.6 六角晶系、三角晶系中的指数转换 52
2.7.7 晶体衍射中的其他转换 54
小结 55
思考题 56
第3章 X射线衍射原理 57
3.1 X射线的电磁波属性 57
3.2 X射线散射 58
3.2.1 电子对X射线的散射 58
3.2.2 原子对X射线的散射 59
3.2.3 晶体对X射线的散射 60
3.3 X射线衍射几何 61
3.3.1 劳厄方程 61
3.3.2 布拉格方程 62
3.3.3 埃瓦尔德球与粉末衍射 63
小结 64
思考题 64
第4章 X射线粉末衍射的实验技术 65
4.1 X射线衍射仪的结构和功能 66
4.1.1 X射线的产生 66
4.1.2 X射线的调节 69
4.1.3 X射线的探测 72
4.1.4 X射线的聚焦衍射几何 74
4.2 X射线粉末衍射实验 76
4.2.1 实验方案的制订 76
4.2.2 粉末样品的制备 77
4.2.3 实验参数的设置 81
4.2.4 实验数据的评估 85
4.3 X射线衍射仪的日常维护 86
4.3.1 实验环境和冷却水 86
4.3.2 升降管流、管压和X射线光管老化 86
4.3.3 光路合轴 87
4.3.4 标准样品 87
4.3.5 制作角度校正曲线 88
4.3.6 制作半高宽曲线 88
4.3.7 X射线的防护 89
小结 90
思考题 91
第5章 X射线粉末衍射的理解 92
5.1 X射线粉末衍射概述 92
5.2 X射线粉末衍射图的模拟 93
5.2.1 利用晶体结构数据计算PDF卡片 93
5.2.2 利用PDF卡片模拟X射线粉末衍射图 95
5.3 X射线粉末衍射与晶体结构 95
5.3.1 背底 96
5.3.2 峰位与晶胞大小 96
5.3.3 峰强与晶胞内的原子 99
5.3.4 峰形与晶粒尺寸、晶格应变 108
5.4 X射线衍射图的表示 113
5.4.1 含PDF卡片的多曲线绘图 113
5.4.2 Rietveld晶体结构精修结果的绘图 115
5.4.3 不同波长衍射数据的绘图 117
小结 118
思考题 118
第6章 衍射数据的基本处理 120
6.1 MDI Jade软件的介绍 120
6.1.1 安装MDI Jade软件 121
6.1.2 导入PDF卡片 121
6.1.3 MDI Jade软件的界面和功能 122
6.2 MDI Jade软件中的常见衍射数据 127
6.2.1 mdi、dif格式的衍射数据 127
6.2.2 txt、xy格式的衍射数据 128
6.3 导入衍射数据 128
6.3.1 MDI Jade软件支持的数据 128
6.3.2 外来格式的数据 129
6.4 背底 130
6.4.1 背底曲线的特征 130
6.4.2 拟合背底 131
6.4.3 扣背底 131
6.5 剥离K?2 132
6.6 平滑 133
6.6.1 平滑原理 133
6.6.2 如何平滑 133
6.7 寻峰 134
6.7.1 寻峰原理 134
6.7.2 如何寻峰 135
6.8 衍射峰拟合 136
6.8.1 衍射峰拟合原理 136
6.8.2 如何拟合衍射峰 137
6.8.3 衍射峰拟合结果的判断 138
6.8.4 衍射峰拟合结果的保存 139
小结 140
思考题 140
第7章 物相识别与定量分析 141
7.1 物相识别的原理 142
7.1.1 物相识别的流程 142
7.1.2 物相匹配的标准 142
7.2 MDI Jade软件中的物相识别 144
7.2.1 仪器零点的校正 144
7.2.2 纯相的物相识别 145
7.2.3 混合物的物相识别 150
7.3 CSM软件中的物相识别 154
7.3.1 CSM软件的界面和功能 154
7.3.2 物相识别的基本步骤 157
7.3.3 实例1：复杂混合物的物相识别 158
7.3.4 实例2：利用d-值表进行物相识别 159
7.4 定量物相分析 160
7.4.1 定量物相分析的原理 160
7.4.2 定量物相分析的基本步骤 162
7.4.3 实例1：利用RIR值确定二氧化钛混晶的相含量 162
7.4.4 实例2：利用cif文件进行定量物相分析 164
7.5 晶粒尺寸和晶格应变 165
7.5.1 晶粒尺寸和晶格应变的原理 165
7.5.2 实例：确定二氧化钛的晶粒尺寸和晶格应变 165
7.6 结晶度的计算 167
7.6.1 结晶度的计算原理 167
7.6.2 实例：计算锐钛矿相二氧化钛的结晶度 169
小结 172
思考题 173
第8章 晶格参数和空间群的确定 174
8.1 指标化确定晶格参数 175
8.1.1 指标化原理 175
8.1.2 指标化的基本步骤 180
8.1.3 实例1：纯相样品的指标化（MDI Jade软件） 182
8.1.4 实例2：少峰情况（MDI Jade软件） 183
8.1.5 实例3：含有杂峰的情况（MDI Jade软件） 184
8.2 Crysfire2020软件简介 185
8.2.1 Crysfire2020软件的安装 185
8.2.2 Crysfire2020软件的界面、功能 185
8.2.3 实例：板钛矿相二氧化钛的指标化 190
8.3 晶格参数精修 191
8.3.1 晶格参数精修原理 191
8.3.2 晶格参数精修的基本步骤 192
8.3.3 实例1：利用PDF卡片精修晶格参数 194
8.3.4 实例2：利用指标化结果精修晶格参数 195
8.3.5 实例3：利用近似结构的晶格参数精修晶格参数 196
8.4 空间群的确定 197
8.4.1 晶系和劳厄群的确定 197
8.4.2 系统消光 198
8.4.3 强度的统计分布 200
8.4.4 实例1：空间群的确定（Jana2020软件） 200
8.4.5 实例2：空间群的确定（Expo2014软件） 205
8.5 晶胞内的原子数 207
小结 207
思考题 208
第9章 晶体结构解析与晶体结构精修 209
9.1 全谱拟合提取结构因子 210
9.1.1 Pawley全谱拟合 210
9.1.2 Le Bail全谱拟合 210
9.1.3 全谱拟合的性能指标 211
9.2 晶体结构解析的原理 214
9.2.1 利用帕特森函数解析晶体结构 215
9.2.2 利用直接法解析晶体结构 220
9.2.3 利用Charge Flipping技术解析晶体结构 223
9.3 Rietveld晶体结构精修的原理和策略 226
9.3.1 Rietveld晶体结构精修的原理 226
9.3.2 Rietveld晶体结构精修的策略 227
9.4 晶体结构解析（Jana2020软件） 231
9.4.1 Jana2020软件简介 231
9.4.2 Jana2020软件的界面、功能 231
9.4.3 利用Jana2020软件进行晶体结构解析的步骤 232
9.4.4 实例1：利用Charge Flipping技术解析PbSO4的晶体结构 237
9.4.5 实例2：利用帕特森合成技术解析PbSO4的晶体结构 242
9.4.6 实例3：CeRhGe3合金的晶体结构解析 250
9.4.7 实例4：YFe/AlO掺杂结构的解析 255
9.4.8 Jana2020软件中的常见问题 260
9.5 晶体结构精修（GSAS-II软件） 262
9.5.1 GSAS软件简介 262
9.5.2 GSAS-II软件的界面、功能 263
9.5.3 利用GSAS-II软件进行晶体结构精修的步骤 264
9.5.4 制作仪器参数文件 265
9.5.5 实例1：PbSO4的晶体结构精修 268
9.5.6 实例2：多个物相的晶体结构精修 271
9.5.7 实例3：YFe/AlO掺杂结构的精修 274
9.5.8 GSAS-II软件中的常见问题 277
9.6 晶体结构精修（FullProf软件） 280
9.6.1 FullProf软件简介 280
9.6.2 EDPCR软件的界面、功能 281
9.6.3 利用FullProf软件进行晶体结构精修的步骤 282
9.6.4 仪器分辨文件的制作 284
9.6.5 实例1：CeO2的晶体结构精修 285
9.6.6 实例2：多个物相的晶体结构精修 287
9.6.7 实例3：YFe/AlO掺杂结构的精修 291
9.6.8 FullProf软件中的常见问题 295
小结 301
思考题 302
附录A 常见衍射数据格式 303
A.1 MDI Jade软件中的常见数据格式 303
A.2 CSM软件中的常见数据格式 305
A.3 Jana软件中的常见数据格式 305
A.4 Expo软件中的常见数据格式 306
A.5 FullProf软件和WinPLOTR软件中的常见数据格式 307
A.6 GSAS-II软件中的常见数据格式 308
附录B 常用衍射数据格式转换软件 311
附录C 常见衍射分析软件 313
附录D 原子半径周期表 315
参考文献 316
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