La historia del desarrollo del difractómetro de rayos X
Difractómetro de rayos X
El difractómetro de rayos X utiliza el principio de difracción para medir con precisión la estructura cristalina, la textura y la tensión de una sustancia, y realizar con precisión análisis de fase, análisis cualitativo y análisis cuantitativo. Es ampliamente utilizado en metalurgia, petróleo, industria química, investigación científica, aeroespacial, enseñanza, síntesis y producción de materiales y otros campos.
Radiación electromagnética con longitudes de onda entre los rayos ultravioleta y gamma.
Fue descubierto por el físico alemán W.K. Roentgen en 1895, por lo que también se le llama rayos Roentgen.
Rayos X superduros con longitudes de onda inferiores a 0,1 Angstroms, rayos X duros en el rango de 0,1 a 1 Angstroms y rayos X blandos en el rango de 1 a 10 Angstroms.
Los rayos X se producen mediante tubos de rayos X en los laboratorios. Los tubos de rayos X son tubos de vacío con cátodo y ánodo. El cátodo está hecho de alambre de tungsteno, que puede emitir electrones calientes cuando se energiza. El ánodo (llamado electrodo objetivo) está hecho de metal de alto punto de fusión (generalmente tungsteno). Los tubos de rayos X utilizados para el análisis de la estructura cristalina también pueden usar materiales. como hierro, cobre y níquel).
Los electrones son acelerados por un alto voltaje de decenas a cientos de miles de voltios. El haz de electrones bombardea el electrodo objetivo y el electrodo objetivo emite rayos X.
Cuando los electrones bombardean el objetivo, se generan altas temperaturas, por lo que el objetivo debe enfriarse con agua y, en ocasiones, el objetivo está diseñado para girar.
Los rayos X tienen un gran poder de penetración y se utilizan a menudo para fluoroscopia en medicina y detección de defectos en la industria.
La exposición prolongada a la radiación de rayos X es perjudicial para el cuerpo humano.
Los rayos X pueden excitar la fluorescencia, ionizar gases y hacer que el látex fotosensible sea sensible, por lo que los rayos X pueden detectarse con medidores de ionización, contadores de centelleo y láminas de látex fotosensible.
La estructura reticular de los cristales puede producir efectos de difracción significativos en los rayos X. Los métodos de difracción de rayos X se han convertido en un medio importante para estudiar la estructura cristalina, la morfología y diversos defectos.
Puede determinar con precisión la estructura cristalina y la constante de red de sustancias y completar análisis cualitativos y cuantitativos.
La medición de textura y tensión se puede completar instalando los accesorios correspondientes, y es ampliamente utilizado en los campos de la industria, agricultura, defensa nacional e investigación científica.
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Introducción al difractómetro de rayos X
Autor: Xunmeng masl
En inspección de productos, estándares de calidad de materia prima o proceso de producción En el análisis de control, es posible que haya notado que cada vez hay más lugares que requieren "análisis XRD".
El laboratorio de la fábrica de material refractario podrá disponer de un difractómetro de rayos X, debido a que el difractómetro de rayos X debe utilizarse para determinar cuantitativamente el contenido de tridimita, cristobalita y sílice residual (su fórmula química es SiO2_2) .
El hidróxido de níquel esférico es una materia prima para la producción de baterías de níquel-cadmio. Un importante indicador de calidad también debe medirse con un difractómetro de rayos X. Este indicador es: el ancho total a la mitad del máximo del pico de difracción del hidróxido de níquel es 101.
En las fábricas de dióxido de titanio, el análisis XRD del dióxido de titanio es un análisis de rutina.
El método estándar para determinar la austenita retenida en materiales de acero es la difracción de rayos X.
La infraestructura vial o de ingeniería, la exploración geológica y petrolera y la perforación requieren análisis de difracción de rayos X de núcleos geológicos.
El difractómetro de rayos X es el método autorizado para identificar la jadeíta y el amarillo campo.
.....¡la lista sigue y sigue!
La mayoría de sustancias sólidas son cristales o cuasicristales, que pueden difractar los rayos X y tienen características propias.
La llamada difracción es un fenómeno en el que la dirección de una pequeña parte de la luz que incide sobre un objeto cambia, pero la longitud de onda permanece sin cambios cuando emerge.
Al registrar estas líneas de difracción de manera adecuada, se pueden obtener patrones de difracción de rayos X con diferentes patrones.
Así como el patrón de difracción de una rejilla para luz visible depende de la estructura de la rejilla, el patrón de difracción de rayos X de cada sustancia que difracta rayos X depende de la estructura de esa sustancia. Se puede decir que el patrón de difracción de rayos X de cada sustancia conlleva una rica información estructural de la sustancia.
Al analizar los patrones producidos por la difracción de rayos X de la muestra e interpretar estos patrones, se puede estudiar y determinar la estructura de la muestra, se puede "ver claramente" su estructura y luego la profundidad de se puede explorar la "estructura" La naturaleza y las propiedades de una muestra son la fuente de este análisis, que se llama difracción de rayos X.
La palabra "estructura" aquí es un concepto amplio de "estructura", que incluye: la composición del elemento, posición, composición, estructura, estado y otros significados de los materiales materiales "estructura" en un sentido estricto; dividido en micro, medio y observacional y macroestructura, incluida la estructura electrónica, la estructura cristalina, diversas estructuras de defectos, la tensión estructural, el tamaño de grano, la cristalinidad, la textura del material, etc.
Los parámetros que representan estas estructuras se pueden obtener mediante análisis de difracción de rayos X.
Las propiedades de los materiales, incluyendo propiedades mecánicas, propiedades físicas, propiedades químicas, etc. , en última instancia, están determinados por la estructura generalizada del material.
Por lo tanto, con la madurez de su teoría y el desarrollo de tecnologías relacionadas, especialmente el desarrollo de tecnologías nuevas y avanzadas como la tecnología informática, la tecnología microelectrónica y varios detectores de rayos nuevos, rayos X que pueden analizar y determinar la estructura de la materia Los métodos de análisis de difracción de rayos están recibiendo cada vez más atención.
Su aplicación ha penetrado actualmente en una amplia gama de campos y numerosas industrias.
El análisis de difracción de rayos X es un método de análisis no destructivo y no destructivo, y la operación de preparación de la muestra es simple, por lo que es popular.
El difractómetro de rayos X es uno de los instrumentos de análisis de difracción de rayos X más comunes y utilizados.
El nombre exacto de difractómetro de rayos X es difractómetro de rayos X policristalino o difractómetro de rayos X en polvo.
Utilizándolo se puede obtener el patrón de difracción de rayos X en polvo del objeto analizado.
Siempre que la muestra sea una muestra sólida que se pueda convertir en polvo o una muestra en bloque que se pueda procesar en facetas, se puede utilizar para análisis y medición.
Se utiliza principalmente para análisis cualitativos o cuantitativos de muestras, análisis de estructura cristalina, análisis de textura de materiales, determinación de macro estrés o micro estrés, determinación del tamaño de grano, determinación de cristalinidad, etc. Por lo tanto, es ampliamente utilizado en muchas disciplinas e industrias relacionadas como ciencia de materiales, física, química, ingeniería química, metalurgia, minerales, medicina, plásticos, materiales de construcción, cerámica... e incluso arqueología, investigación criminal, inspección de mercancías, etc. .
Es un importante equipo de análisis a gran escala para universidades de ciencia e ingeniería, departamentos de investigación científica, fábricas y minas dedicadas a la investigación y producción de materiales.
Los componentes básicos de un difractómetro de rayos X incluyen: un generador de rayos X de alta estabilidad, un goniómetro de precisión, un sistema de medición de la intensidad de los rayos X y un sistema informático equipado con un software especial.
Los difractómetros de rayos X se pueden dividir en potencia normal (2~3kW) y alta potencia según la potencia nominal de sus generadores de rayos X. El primero utiliza un tubo de rayos X sellado y el segundo utiliza un tubo de rayos X de ánodo giratorio (más de 12 kW).
Por lo tanto, el difractómetro de rayos X de alta potencia también se denomina difractómetro de rayos X de ánodo giratorio de alta potencia.
El difractómetro de rayos X tiene dos estructuras según la orientación del plano de escaneo de su goniómetro: horizontal (u horizontal) y vertical (o vertical). La estructura vertical no solo puede escanear en modo q-2q, sino también realizar un escaneo q-q estático de la etapa de muestra.
Los detectores de rayos X utilizados en los difractómetros de rayos X son generalmente detectores de centelleo de NaI o detectores proporcionales, que tienen una historia de casi medio siglo.
Hoy en día existen diversos detectores de rayos X de alto rendimiento.
Tales como: detectores de silicio de alta resolución de energía para refrigeración de semiconductores, detectores sensibles a la posición proporcional, detectores de matriz de silicio sólido, detectores de área CCD, etc. , son todas configuraciones opcionales de difractómetros avanzados.
El sistema informático es una parte indispensable del moderno difractómetro de rayos X. El software especial equipado en el sistema se convierte en el alma del instrumento, haciéndolo inteligente.
Su función básica es completar las operaciones de control especificadas y la recopilación de datos de acuerdo con las instrucciones, y convertirse en un consultor o asistente eficaz para que el operador procese y analice los datos.
Sin embargo, ningún software con instrumentos puede resolver todos los problemas de análisis de difracción.
Constantemente surgen excelentes software de análisis y procesamiento de datos de terceros (gratuitos, compartidos o de pago) para el análisis de difracción de rayos X, cada uno con sus propios méritos.
Los usuarios deben tomar decisiones basadas en sus necesidades reales y actualizarlas de manera oportuna.
Al difractómetro de rayos X se le pueden añadir algunas piezas o accesorios especiales para mejorar, aumentar o ampliar sus funciones, formando un difractómetro de rayos X de alto nivel y alta configuración.
Los componentes ópticos de rayos X avanzados incluyen: monocromador de grafito, diversos espejos multicapa para la obtención de haces de rayos X monocromáticos enfocados o paralelos, espejos de reflexión total, accesorios de camino óptico paralelo, etc.
Lo anterior describe varias máquinas nuevas de inspección por rayos X de alto rendimiento.
Varios accesorios del difractómetro incluyen: etapa giratoria de muestra, etapa de cambio automático de muestra, etapa de muestra de fibra, accesorios de figura polar, etapa de muestra multifuncional con múltiples grados de libertad y la capacidad de lograr difracción. bajo condiciones físicas y químicas especiales Varios accesorios para medición, como accesorios de tensión, accesorios de alta temperatura, accesorios de baja temperatura, accesorios de atmósfera ambiental, etc.
El diseño del primer difractómetro de rayos X fue publicado por Friedman de la Oficina de Investigación Naval de Estados Unidos en 1945. Posteriormente, Philips lo fabricó y vendió en Estados Unidos y ha experimentado medio siglo de desarrollo.
En la actualidad, el difractómetro de rayos X sigue siendo un instrumento muy dinámico. Su alcance de aplicación ha ido mucho más allá de los laboratorios de investigación científica, ha penetrado en una amplia gama de campos de aplicación y muchas industrias, y se ha convertido en un importante e importante. Instrumento ampliamente utilizado.
Sin embargo, la situación actual de los difractómetros domésticos es preocupante.
En 2002, el valor total de importación de difractómetros de rayos X se estimó en 150.000 dólares estadounidenses, mientras que las ventas totales de difractómetros nacionales fueron sólo de unos 4 millones de yuanes.
Hay muchas razones para esta situación de retroceso.
La investigación y el desarrollo de productos de difractómetros domésticos se han detenido casi por completo en los últimos diez años y la calidad del producto no ha mejorado mucho.
Los usuarios tienen algunos malentendidos y se dejan engañar fácilmente por la búsqueda de indicadores de alta tecnología y una alta configuración de los difractómetros. Los fondos asignados por las autoridades competentes a veces son muy flojos.
Es inevitable que los vendedores extranjeros hagan algunas declaraciones falsas sobre sus productos.
De hecho, ahora se pueden producir en China difractómetros de rayos X básicos cuyo nivel técnico y rendimiento son comparables a los productos importados.
Un difractómetro de rayos X básico puede satisfacer las necesidades de la mayoría de los análisis de difracción de rayos X de rutina.
Ahora, el desarrollo de los difractómetros de rayos X también ha logrado avances gratificantes.
Creo que impulsados por la política nacional de “revitalizar la industria de instrumentos”, los difractómetros nacionales también recuperarán su vitalidad.
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Hay muchos más. Búscate tú mismo para reorganizarlos.