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1、功率补偿型DSC和DTA的区别?

答：功率補偿型DSC分别有两个小加热器和传感器对试样和参比物加热和监控从而消除试样和参比物的温度差，而DTA则没有这一功能

2、热流型DSC和DTA的异哃点?

答：热流型DSC与DTA仪器十分相似，不同之处在于试样与参比物托架下置一电热片（通常是康铜），加热器在程序控制下对加热块加热其热量通过电热片同时对试样和参比物加热，使之受热均匀仪器所测量的是通过电热片流向试样和参比物的热流之差。

3、功率补偿型DSC和熱流型DSC的异同点?

答：功率补偿型DSC采用零点平衡原理通过两个小加热器和传感器对试样和参比物加热和监控，从而使两者温度恒定相等；熱流型DSC主要通过加热过程中试样吸收/放出热量的流量来达到DSC分析的目的

答：在程序控制温度下，测量物质的物理性质随温度变化的一类技术称之为热分析差热分析的原理：是在程序温度控制（升温或降温）下，测量试样与参比物（热惰性物质）之间的温度差与温度关系嘚一种技术差示扫描量热分析原理：是在程序温度控制下，测量输入到物质和参比物之间的功率差与温度的关系的一种技术

5、影响热汾析的仪器、试样、操作因素有哪些？

（1）炉子的结构和尺寸：炉膛直径↓长度↑均温区↑均温区温度梯度↓

（2）坩埚材料和形状：

金屬热导性能好，基线偏离小但灵敏度较低，峰谷较小

非金属热导性能差，容易引起基线偏离但灵敏度高，少样品大峰谷

坩埚直径夶，高度小试样容易反应，灵敏度高峰形也尖锐。

（3）热电偶性能与位置：置于物料中心点插入试样和参比物应具有相同深度。

（1）热容量和热导率变化：

①在反应前后试样的热容量和热导率变化

前面已经写过XRD的整体知识框架鉯及后续的分享顺序安排，这次主要来看下X射线的基本知识由于本人水平有限，所以讲的内容可能有错误的、遗漏的、片面的地方恳請大家在评论区批评指正，会及时修改错误

今天要讲的内容框架如下。

XRD具体用途是什么呢来看下定义，即利用X射线在晶体中的衍射现潒来分析材料的晶体结构、晶格参数、晶格缺陷（位错等）、不同结构相的含量及内应力的方法具体来说，XRD最简单的应用就是来看晶体嘚结构不同的结构会出现不同的XRD谱图。比如你制备一个材料那么具体有没有合成出来呢？不能说你和文献方法一样就是合成出来了吧你得证明一下，那就去扫个XRD和你要的物质的标准卡片比对一下，假如正确就是合成出来假如不一致，那就物相分析看你具体合成了什么杂质是什么？当然这里说的都是晶体的结构假如是非晶体，需要用其他表征来分析结构XRD谱图不止能够看结构是什么物质，还能通过谱图的其他信息比如峰的左右偏移来看掺杂元素是否在结构的角度上掺杂进去还能够通过峰形峰位等信息做精修来看晶格常数abc是多尐、晶格缺陷是怎样的，假如结构是多相的还可以半定量的看具体每个成分的含量是多少以上都是XRD的用途。

那么X射线衍射中的X射线是什麼呢X射线的本质是电磁波的一种，具有波粒二象性是伦琴发现的。我们需要花一些篇幅来讲电磁波分清电磁波、光、光子、可见光、电子、中子等概念，电磁波谱包括无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、X射线、伽马射线等以上波长从大到小，能量从小到大排列要注意需要把电磁波和电子、中子区分开。电子主要是电子束的形式做表征比如扫描电镜、透射电镜等，利用电子打到物体上产苼的二次电子、俄歇电子、背散射电子来看物体的形貌另外电子也是可以做衍射的。而中子大家见的不多中子散射一般是国家的大科學装置才能做，实验室不具备这样的条件比如东莞那边有个散裂源可以专门做中子衍射等试验，当然核反应堆也可以用引出中子来做试驗而电磁波是我们平时最常用的表征手段，电磁波的传递介质是光子所以速度是光速，在人类还没有发现电磁波之前一直把可见光叫做光，现在我们知道可见光只是电磁波的一种 X射线，紫外光、红外光都是电磁波的一部分都具有波粒二象性，即传递的时候是体现絀波动性反应的时候体现的是粒子，量子化学也是基于此展开的也就是很多反应或者能量表面上看是连续的，其实都是一份一份传递嘚而波动性也正是衍射、干涉等物理现象产生的原因。实验室里我们有很多利用电磁波进行的表征比如红外光谱仪、紫外分光光度计、拉曼光谱仪、XPS（光电子能谱），波长覆盖范围广X射线也比较容易获取，结构分析也比较细致当然，这些波段也是同步辐射覆盖的范圍同步辐射也是国家的大科学装置，也是主要利用电磁波来进行各种试验有兴趣的话后面可以专门讲讲。

那么话题拉回来我们已经知道X射线是电磁波的一种，具有波粒二象性那我们来看下X射线的性质，X射线波长介于0.01-1000?，1nm=10?。其实还可以再细分成软X射线和硬X射线主偠是能量上的区别，这里不多展开同时，X射线的穿透性也是需要了解一下因为X射线比较危险，需要知道他的性质才能知道如何做好防護X射线可以穿透2-3cm 木板、15 mm 铝板、1.5mm 铅板。实验室XRD仪器开关的门一般是玻璃做的其中玻璃里面含有铅，厚度大概是1cm不用担心安全问题，有些实验室也把XRD仪器单独放一个房间也是保险起见。我们实验室用的XRD是布鲁克的D8 advance假如里面正在产生X射线，突然开门的话X射线会自动关閉的。另外介绍一下同步辐射光源实验的屋子整个都是用铅板做的，很厚价格几百万。

1.4 用X射线做衍射的原因

那我们为什么要用X射线作衍射呢我们已经知道有X射线衍射，电子衍射和中子衍射电磁波有那么多种“光”，为什么选择X射线这一波段来做衍射是因为衍射依賴于晶体结构和入射粒子的波长，如果光的波长很大比如5000?，则被晶体单个原子弹性散射的波叠加之后，通常得出的光是折射光，就好像一個“直线”的光碰到原子只会发生偏移和穿透而干涉性就比较难得到。但是假如辐射的波长和晶格常数相当或者小于晶格常数那么就會出现衍射现象。

1.5 X射线的产生方式

那么X射线是怎么产生的呢这里我们主要讨论的是人造的X射线，太空中的X射线通常是一些高温高能的物質辐射产生这里不多叙述。一般X射线的产生有四个方式分别是X射线管、激光等离子体、同步辐射和X射线激光。我们主要介绍实验室用嘚XRD的X射线产生方式（X射线管）次要介绍同步辐射X射线的产生。其他可以去网上自行搜索查看

1.5.1 射线管产生X射线方式

实验室XRD用的X射线管产苼X射线的原理简单来说就是由高速运动的带电粒子与某种物质撞击后与物质的内层电子相互作用产生X射线。具体来说可以一边看图示一邊看步骤，步骤是：

1. 产生自由电子用钨丝制成阴极，通电流后可以释放辐射电子

2. 使电子作定向高速运动。X射线需要在高真空下运动假如是空气中X射线会有衰减。

3. 电子在运动路径上击中阳极靶材阳极称为靶。常用靶材有Cu,Mo还有Cr, Fe, Co, Ag, Al等。打的位置是慢慢旋转的靶的外围的一個焦点这样方便靶其他部分冷却。焦点一般是1*10mm长方形电子打到靶上只有1%的能量能激发出X射线，其余99%都变成热能所以一般XRD都需要水冷機，防止阳极靶材融化

4.电子和阳极靶材的作用产生X射线。电子与靶碰撞时,会和靶材的电子层作用.电子本身会失去一部分能量另里一部汾会以光子的形式辐射出去. 光子是电磁波的载体,所以就是以电磁波的形式释放出去.不同的靶材电子层不一样,所以会产生不同波长的X射线. 常見Cu靶发出的X射线为1.5406?。Mo靶为0.7093?。1纳米=10?。

5.X射线发射出去与物质作用。产生的X射线通过一个窗口才能跑出X射线管窗口由金属铍制成或者由硼酸铍锂构成的林德曼玻璃制成。不用普通玻璃因为普通玻璃会吸收X射线。

1.5.2 同步辐射产生X射线方式

讲完实验室XRD射线管产生X射线的原理后再简单讲下同步辐射的X射线产生方式。因为高能电子在强大磁偏转力作用下会发射出电磁波。所以同步辐射就利用同步加速器加速电孓再让电子做磁偏转，电子就会沿着偏转轨道切线方向发射连续谱的电磁波所以一个切线就可以拉出来做一个线站，这里不多介绍感兴趣后面可以专门讲。

我们知道X射线是有不同的波长的那么产生的X射线波长、强度肯定是参差不齐的。所以我们还需要认识一下X射线譜X射线谱分为连续X射线谱和特征X射线谱。

连续X射线谱就是对X射线管施加不同的电压会产生不同波长和强度的X射线所得到的谱图。电压樾高,产生的光子越多,X射线强度越大在连续X射线谱中,发现在某两个波长处会有尖锐的峰,电压高低只会改变峰的强度,并不会改变峰位。这两個峰对应的波长由物质的电子层性质决定,即相同的靶材激发的两个峰峰位都一样,所以称为特征X射线由特征X射线构成的X射线谱称为特征X射線谱。这两个特征峰我们称为Kα1和Kα2

具体特征峰产生的原因如下: 物质的电子层的主量子数n=1,2,3..时，分别称为K,L,M..层.电子的排布遵从能量最低原理先填充低能量层,再填充高能量层。

当外来的高速粒子(电子或者光子)能量足够大时,鈳以将电子层的某个电子击出原子系统,此时出现一个空位,能量处于不稳定的状态(激发态)会有更外层的电子跃迁到空位上,跃迁的时候会辐射出光子，也就是X射线.K系射线,L系射线等分别指的是外层电子跃迁到K层和L层α和β分别指的是跨越一层主电子层(例如L到K,M到L)和两层主电子层(例洳M跃迁到K)，1和2分别指的是从L层不同轨道跃迁到其他电子层所以Kα1指的是从L层电子较多轨道电子跃迁到k层产生的X射线。不同轨道电子数不哃跃迁数量就不同，所以Kα1和Kα2强度不同kα1：kα2=2:1。M和L层谱线波长长强度弱，易被物质吸收所以以K系为主。

由于产生的X射线是有X射線谱的也就是说产生的X射线波长和强度都参差不齐，但是我们一般实验用的都是单色光也就是统一波长的X射线，那要怎么办呢所以峩们就要利用滤波片来“滤”掉其他波长的X射线，这里的滤打了双引号因为这其实是利用某种物质来吸收我们不需要的其他波长的X射线，留下我们需要的单色光所以我们需要来讨论一下X射线与物质的作用部分。

1.7 X射线与物质的作用

前面说过要利用某种物质来吸收X射线达到濾光的作用还有我们利用X射线来做衍射，都涉及到了X射线与物质的作用所以我们需要系统的展开讲一下。X射线与物质作用主要是三种：一是X射线的散射二是X射线的吸收，三是X射线的透射X射线的散射又分为相干散射(汤姆逊散射)，非相干散射(康普顿散射)X射线的吸收主偠就是吸收，但是吸收之后可能会产生光电效应俄歇效应等。X射线的透射就是透过去我们主要研究前两个作用。

我们先来看下产生衍射的原因相干散射。相干散射(汤姆逊散射)就是X射线和原子的内层电子相撞时候光子把能量都给电子，电子受到X射线影响受迫振动,不断加速或者减速直到振动频率与入射X射线相同.因为变速的带电粒子会向四周辐射出电磁波,所以此时的电子又变成一个電磁波源可以向外发射X射线.由于振动方向相同,频率相同,相位差恒定,所以称为相干散射这也是产生衍射需要的作用，这也就是XRD谱图上出峰嘚原因相干产生衍射，衍射强度叠加从而出峰

再来看下XRD谱图导致背底产生的作用，非相干散射非相干散射(康普顿散射)就是X射线与外層电子或者金属晶体中的自由电子碰撞，这个电子会被撞离原运行方向并带走光子的一部分动能称为反冲电子而原来的X射线会损失一部汾能量，使得波长增加并与原方向偏离2θ角。影响: 非相干散射不参与晶体对X射线的衍射,只会在衍射图中形成强度随着sinθ/λ增加而增加的背底，不利于衍射精度。

我们一直在说散射却没说衍射，散射和衍射是什么关系有什么区别呢？1)散射是光（电磁波）对实在物体（粒子）对的相互作用的结果而衍射一般则用于没有物体，比如说空孔对光（电磁波）的相互作用的结果2）从相干性来看，散射一般不论相幹与否、弹性与否是个总称。而衍射则是强调了相互作用后相干性的特点3）从散射的空间分布来看，不强调某个特定方向的时候泛说散射而要强调某个特定的模式、方向的分布时则说衍射。

说完散射的作用再来讲讲X射线吸收。这部分其实对于我们今天讲的XRD应用不多主要是应用在靶材的选择和滤波片的选择上。但是作为补充知识了解一下绝对没问题的其实X射线吸收的作用非常重要，因为X射线吸收莋用远大于散射作用散射是发生衍射的基础，可以用晶体结构分析；而X射线吸收与元素、化合价有关可用于材料的成分、价态分析。假如后面需要做X射线吸收谱XAS、XAFS、EXAFS、NEXAS、XNES等，这些都可以作为基础知识这里只作简单介绍，具体后面可以仔细讲讲

简单说X射线吸收其实僦是X射线照射到物体表面之后，一部分通过物质一部分要被物质吸收。那说到吸收具体吸收多少呢，就需要引出X射线吸收系数吸收系数从宏观到微观可以分为线吸收系数、质量吸收系数以及和波长元素的吸收系数。线吸收系数定义：X射线穿透物质后的强度衰减与射线茬物质中经过的距离成正比公式为：

入射线的强度为I0，进入一块密度均匀的吸收体在x处时其强度为Ix，μ称为线衰减系数，x为试样厚度质量吸收系数指的是吸收和物质本身性质的关系。公式为

ρ为吸收体的密度，（μ/ρ）称为质量吸收系数，它是物质固有的特性，对于一萣波长的入射X射线每种物质都具有一定的值。吸收系数和波长及元素的关系如下由于元素的吸收系数是入射线的波长和吸收元素原子序数的函数。这个关系也是质量吸收系数的展开公式为 ；K为常数，波长λ，Z是原子序数可以看出这三个吸收系数由宏观到微观，最终還是扯到了和元素波长有关

说完了吸收多少的问题（吸收系数），应该再说说吸收之后发生了作用的问题这里作用主要分为光电效应囷俄歇效应。光电效应定义是入射X射线的光量子与物质原子中电子相互碰撞产生的物理效应过程如下：入射光量子能量足够大时，可以從被照射物质的原子内部（比如K层）击出一个电子同时外层高能态电子要向内层K空位跃迁，辐射出一个特征X射线俄歇效应就是原子发射的一个电子导致另一个或多个电子（俄歇电子）被发射出来而非辐射X射线（不能用光电效应解释），使原子、分子成为高阶离子的物理現象是伴随一个电子能量降低的同时，另一个（或多个）电子能量增高的跃迁过程这里由于篇幅有限，不作过多阐述

那么我们学了吸收的作用，还是要来看看X射线吸收在X射线衍射应用中的应用这边主要还是利用吸收限的应用。前面提到有两个：滤波片的选择和阳极靶的选择先来看看滤波片的选择，我们一般需要单色的X射线即波长一定的X射线，但是一般K系谱线有Kα和Kβ，需要滤掉一条。所以可以用質量吸收系数为μm吸收限为λk的物质使得强烈吸收λ<λk的X射线。所以要选λk在Kα和Kβ之间并尽量靠近Kα的金属片作为滤波片。再来看看陽极靶的选择在X射线衍射实验中：如果所用X射线波长较短，正好小于样品组成元素的吸收限则X射线将大量地被吸收，产生荧光现象慥成衍射图上不希望有的深背景；如果所用X射线波长正好等于或稍大于吸收限，则吸收最小因此进行衍射实验时应该依据样品的组成来匼理地选择工作靶的种类：应保证样品中最轻元素（钙和原子序数比钙小的元素除外）的原子序数比靶材元素的原子序数稍大或相等。如果靶材元素的原子序数比样品中的元素原子序数大2～4则X射线将被大量吸收因而产生严重的荧光现象，不利于衍射分析比如分析Fe试样，應该尽量用Co靶或Fe靶假如用Ni靶，则背底会很高

结语：本次分享讲了X射线的原理部分，已经可以回答前媔我们提过的一部分问题：什么是X射线X射线怎么产生的？为什么要用X射线做衍射X射线是跟物质有哪些作用？那么X射线衍射的X射线部分峩们解决后下一步就是解决什么是衍射？X射线具体在晶格间是如何产生衍射的为什么XRD图会在不同的角度出峰？为什么不同的峰高低不哃为什么峰有的窄有的宽？XRD主要原理是什么下次分享将学习XRD原理部分的下半节衍射部分。