粉末衍射理论与实践PDF电子书下载

第1章 粉末衍射原理&Robert E.Dinnebier和SimonJ.L.Billinge 1

1.1 引言 1

1.2 基本原理 1

1.3 布拉格方程的推导 3

1.4 基于倒易点阵的布拉格方程 5

1.5 Ewald图 9

1.6 关于布拉格方程的导数 14

1.7 有限晶粒大小的布拉格定律 15

参考书目 17

第2章 实验装置&Jeremy Karl Cockcrkft和Andrew N.Fitch 19

2.1 引言 19

2.2 X射线辐射源 20

2.2.1 实验室X射线源 20

2.2.2 同步X射线源 23

2.3 X射线光学元件 27

2.3.1 滤光片 27

2.3.2 单色器 28

2.3.3 反射镜 29

2.4 X射线探测器 29

2.4.1 点探测器 29

2.4.2 线探测器 30

2.4.3 面探测器 30

2.4.4 探测器校准 31

2.5 实验室设备配置 31

2.5.1 反射几何 31

2.5.2 透射几何 35

2.6 同步辐射设备配置 35

2.6.1 前置于样品的光学元件 35

2.6.2 基于平行光束的设备 36

2.6.3 德拜-谢乐几何设备 38

2.7 测试 39

2.7.1 样品架 39

2.7.2 标准样品 41

2.7.3 数据收集 42

2.8 能量色散X射线粉末衍射 42

2.9 中子粉末衍射 44

2.9.1 中子的性质 44

2.9.2 中子源 45

2.9.3 中子的探测 46

2.9.4 单色化技术 48

2.9.5 飞行时间技术 51

参考文献 54

第3章 布拉格衍射强度&R.B.Von Dreele和J.Rodriguez-Carvajal 55

3.1 引言 55

3.2 单原子散射理论 56

3.2.1 X射线散射 56

3.2.2 中子散射 59

3.3 晶体点阵的散射 60

3.3.1 热运动效应 62

3.3.2 洛伦兹因子 63

3.3.3 调制晶体点阵的散射 64

3.3.4 中子磁矩散射 68

3.4 多晶粉末的散射 79

3.4.1 Friedel衍射对的重叠 79

3.4.2 衍射多重性 80

3.4.3 织构效应 80

3.4.4 吸收效应 82

致谢 83

参考文献 83

第4章 常规数据还原&Rudolf Allmann 85

4.1 引言 85

4.2 伪衍射峰（异常值）的消除 86

4.3 背景的拟合与扣除 87

4.4 数据平滑 89

4.4.1 移动多项式平滑（Savitzky-Golay法） 90

4.4.2 数字低通滤波 95

4.5 Kα2剥离 98

4.6 寻峰算法 102

4.6.1 爬山寻峰法 102

4.6.2 二阶导数寻峰法 103

4.6.3 预定峰形寻峰法 106

4.7 线形函数与线形拟合 107

4.8 系统误差的确定与校正 117

4.8.1 外标 124

4.8.2 内标 125

4.8.3 结合点阵常数精修的校正 127

参考文献 129

第5章 提取强度的布拉格衍射线形分析&Armel Le Bail 131

5.1 引言 131

5.2 谱峰线形函数贡献概述 132

5.3 仪器像差 133

5.3.1 最大尺寸效应研究成果 134

5.3.2 射线的蒙特卡罗循踪 137

5.4 样品宽化 138

5.4.1 晶粒尺寸 139

5.4.2 点阵应变 143

5.4.3 各向异性样品宽化：层错 145

5.5 单峰拟合与线形分析 148

5.5.1 面向强度或位置提取的峰形拟合——晶胞信息已知或未知 148

5.5.2 有关尺寸/畸形信息提取的单峰分析 149

5.5.3 更高层次地逼近 149

5.6 无结构的全粉末谱图分解（WPPD） 149

5.6.1 无晶胞限制 150

5.6.2 受限于晶胞的全粉末谱图分解 150

5.6.3 WPPD的主流应用 153

5.7 结论 155

参考文献 155

第6章 X射线粉末衍射中有关线形的仪器因素——基于Bragg-Brentano几何的衍射仪&Alexander Zuev 163

6.1 引言 163

6.2 观测线形的影响因素 166

6.3 方法概述 168

6.4 基本方程 169

6.4.1 圆锥的矢量方程 169

6.4.2 圆锥曲线方程 170

6.5 Bragg-Brentano几何衍射仪 171

6.5.1 Bragg-Brentano几何的坐标系 171

6.5.2 接收狭缝平面上（坐标系CS）的圆锥曲线方程 172

6.5.3 样品表平面上（坐标系CS）的圆锥曲线方程 173

6.5.4 退化圆锥（2θ=90°） 174

6.5.5 圆锥曲线与接收狭缝边界的相交 174

6.5.6 面间角 175

6.6 应用 175

6.6.1 接收狭缝平面上的圆锥曲线示例 176

6.6.2 特定仪器函数 180

6.6.3 全仪器线形 187

6.7 关于偏位、Soller狭缝和单色器 189

6.7.1 偏位 190

6.7.2 Soller狭缝 190

6.7.3 单色器 191

6.8 衍射光路上的平板晶体单色器 193

6.8.1 单色器设置 193

6.8.2 反射圆锥 193

6.8.3 接收狭缝平面上衍射圆锥与反射圆锥的相交 195

6.9 平板单色器对仪器函数的影响 196

6.9.1 单色器存在时的水平像差 196

6.9.2 单色器存在时的轴向像差 197

6.9.3 单色器存在时的全仪器函数 197

6.10 结论 198

致谢 199

参考文献 199

第7章 指标化和空间群识别&Angela Altomare，Carmelo Giacovazzo和Anna Moliterni 203

7.1 粉末衍射中的单晶点阵 203

7.2 粉末谱图指标化 208

7.2.1 引言 208

7.2.2 品质因子 210

7.2.3 几何歧义性 211

7.2.4 传统指标化软件 211

7.2.5 指标化软件的新发展 214

7.3 空间群识别 217

7.3.1 引言 217

7.3.2 DASH方法 218

7.3.3 EXPO2004方法 218

参考文献 221

第8章 晶体结构解析&Rocco Caliandro，Carmelo Giacovazzo和Rosanna Rizzi 223

8.1 引言 223

8.2 帕特逊函数 224

8.3 直接法 226

8.3.1 观测强度的定标和结构因子的归一化 227

8.3.2 估算结构不变量 229

8.3.3 正切公式 233

8.3.4 典型的直接法操作过程 234

8.3.5 品质因子 234

8.3.6 晶体结构的完成和初步精修 235

8.3.7 晶体结构的中子粉末数据解析 236

8.4 正空间法 237

8.4.1 网格搜索法 239

8.4.2 蒙特卡罗法 240

8.4.3 模拟退火法 243

8.4.4 遗传算法技术 246

8.4.5 杂化法 248

8.4.6 实际结构应用示例 251

8.4.7 晶体结构预测 253

8.5 结论与展望 254

符号与注释 255

参考文献 255

第9章 Rietveld精修&R.B.Von Dreele 261

9.1 引言 261

9.2 Rietveld理论 263

9.2.1 最小二乘 266

9.3 约束和限制 266

9.3.1 简介 266

9.3.2 刚体精修 266

9.3.3 Fe［OP（C6H5）3］4Cl2FeCl4的刚体精修 269

9.3.4 立体化学限制精修 272

9.3.5 蛋白质粉末精修 274

致谢 275

参考文献 275

第10章 差值导数最小化法&Leonid A.Solovyov 277

10.1 引言 277

10.2 差值导数最小化原理 278

10.3 DDM分解操作 281

10.4 结果与讨论 282

10.4.1 模拟与实际数据的测试 282

10.4.2 DDM的应用 286

10.5 结论 289

参考文献 290

第11章 定量物相分析&Ian C.Madsen和Nicola V.Y.Scarlett 293

11.1 引言 293

11.2 物相分析 294

11.3 数学基础 295

11.3.1 参比强度（RIR）法 297

11.3.2 Rietveld法 299

11.4 影响准确性的因素 303

11.4.1 颗粒统计 303

11.4.2 择优取向 305

11.4.3 微吸收 306

11.4.4 精确度、准确性和误差计算 307

11.5 粉末衍射的QPA示例 310

11.5.1 矿物体系中的应用 310

11.5.2 工业体系中的应用 315

11.6 结论 320

致谢 320

附录A 关于Rietveld定量物相分析中误差的推导 320

A.1相对物相丰度 320

A.2绝对物相丰度 321

A.3无定形成分 322

参考文献 322

第12章 微结构性质：织构和宏观应力效应&Nicolae C.Popa 327

12.1 织构 327

12.1.1 取向分布函数和极分布 328

12.1.2 织构分析的两个目标 330

12.1.3 Dollase-March模型 331

12.1.4 球谐函数法 334

12.2 宏观应变和应力 342

12.2.1 单晶中的弹性应变与应力——数学基础 343

12.2.2 多晶样品中的应变与应力 347

12.2.3 应变/应力状态的衍射分析 349

12.2.4 各向同性样品中的应变/应力——经典近似 351

12.2.5 各向同性多晶中的静液压 357

12.2.6 宏观应变或应力的球谐函数分析 359

参考文献 368

第13章 微结构性质：点阵缺陷和晶畴尺寸效应&Paolo Scardi 371

13.1 引言 371

13.2 谱线宽化的起源 372

13.2.1 尺寸宽化 372

13.2.2 应变宽化 376

13.2.3 谱线宽化的其他原因 378

13.3 传统方法与创新方法的对比 381

13.3.1 积分宽度法 381

13.3.2 傅里叶法 382

13.3.3 线形拟合与传统LPA方法 388

13.3.4 全粉末谱图建模 389

13.4 WPPM：应用示例 390

13.4.1 严重变形的金属粉末 390

13.4.2 氧化铈纳米晶粉末 396

致谢 399

主要符号列表 399

附录B 线形成分的傅里叶变换 401

B.1设备线形（IP） 401

B.2晶畴尺寸（S） 401

B.3层错（F） 402

B.4位错（D） 402

B.5反向畴界（APB） 403

B.6化学计量变动（C） 404

参考文献 404

第14章 使用面探测器的二维衍射&Bernd Hinrichsen，Robert E.Dinnebier和Martin Jansen 409

14.1 二维探测器 409

14.1.1 CCD探测器 411

14.1.2 成像板探测器 411

14.1.3 平板探测器 412

14.1.4 杂化像素探测器 412

14.2 衍射几何 413

14.2.1 二维衍射的分辨率和FWHM 414

14.2.2 衍射角转换 418

14.2.3 入射角度和光线传播距离的计算 421

14.2.4 通用型转换 421

14.3 强度校正 423

14.3.1 洛伦兹校正 423

14.3.2 偏振校正 427

14.3.3 入射角校正 427

参考文献 430

第15章 非常规条件下的粉末衍射&Poul Norby和Ulrich Schwarz 431

15.1 引言 431

15.2 原位粉末衍射 432

15.2.1 技术和设施 434

15.3 高压粉末衍射 441

15.3.1 引言 441

15.3.2 金刚砧室 443

15.3.3 传压媒质 445

15.3.4 衍射测试 445

15.3.5 压强测试 448

15.3.6 热力学探讨 449

精选综述 452

参考文献 452

第16章 基于全散射和原子对分布函数（PDF）的局域结构分析&Simon Billinge 455

16.1 引言 455

16.2 理论 461

16.2.1 单组分体系 461

16.2.2 多组分体系 464

16.3 实验方法 469

16.4 结构建模 471

16.4.1 基于PDF且无关模型的结构信息 471

16.4.2 PDF的建模 473

16.4.3 倒易空间中的全散射建模 475

16.4.4 新兴建模方法 476

参考文献 481

第17章 粉末衍射计算机软件&Lacglan M.D.Cranswick 485

17.1 引言 485

17.2 查找与评测软件 486

17.2.1 新软件的查找 486

17.2.2 软件的选用 486

17.2.3 重获软件网址 486

17.3 现有软件 487

17.3.1 第三方衍射仪控制软件 487

17.3.2 物相鉴定和检索-匹配软件 488

17.3.3 晶体结构数据库 491

17.3.4 粉末衍射数据格式转换 494

17.3.5 结构数据的转换与改造 501

17.3.6 粉末衍射谱图的浏览与处理 504

17.3.7 寻峰与谱峰线形分析 504

17.3.8 粉末指标化 504

17.3.9 空间群识别 514

17.3.10 空间群信息软件和数据库 515

17.3.11 晶胞参数精修 515

17.3.12 全谱拟合（Pawley、Le Bail） 519

17.3.13 织构分析软件 522

17.3.14 尺寸-应变分析 523

17.3.15 单晶软件包——粉末衍射分析的帮手 525

17.3.16 粉末衍射软件包 526

17.3.17 粉末衍射专用结构解析软件 528

17.3.18 使用单晶软件的结构解析 530

17.3.19 二维到三维分子模型的建立 532

17.3.20 单晶精修软件和参与结构建模的辅助软件 533

17.3.21 Rietveld结构精修 533

17.3.22 对分布函数软件 540

17.3.23 使用单晶软件及辅助软件进行加氢 541

17.3.24 免费的独立粉末和单晶傅里叶电子密度图生成和显示软件 542

17.3.25 定量物相分析 544

17.3.26 粉末谱图计算 546

17.3.27 结构有效性 547

17.3.28 晶体结构可视化——贯穿结构解析与精修过程 550

17.3.29 晶体结构的可视化和照片级仿真渲染 551

17.3.30 辅助资源 556

附录C 本章所述软件和资源的网址 558

索引 569