[实用新型]一种多功能X射线衍射仪

说明书

本实用新型属于X射线衍射技术领域。

低维材料是材料科学中活跃的前沿领域之一。不仅在物理性质上有丰富的研究内容，而且有着重要的应用。随着器件尺寸的缩小，层厚越来越薄，结构越来越复杂，物理效应越来越丰富，材料的微结构和微缺陷的影响也越来越重要。因此，研究低维材料的结构参数，表面、界面状态，微结构、微缺陷的引入，发展和控制及其对材料电性，磁性和光学等物理性质的影响是十分重要的。

本实用新型的目的在于通过不同的组合，使原来只能做X射线粉末衍射的一台70年代的X射线衍射仪，具有粉末衍射、双晶衍射、镜面反射和漫散射测量等功能，即成为一台多功能X射线衍射仪；并实现全自动操作，数据收集微机控制；适用于材料微结构分析，特别是固体薄膜材料微结构分析。

本实用新型的目的是这样实现的：

如图1和图2所示：一束特征X射线经过狭缝1、准直光管2和狭缝3，入射到槽型硅单色器4上，使入射的X射线单色化。样品台5的底盘可绕单色器4的轴转动，使其成为双轴晶衍射仪。经过单色器4的单色X射线到达多维运动样品台5。实验样品安装在由三个滑板组成的样品台5上，该样品台可带动样品做X、Y、Z三个方向运动，每个方向的移动行程为±4mm，最大载重为200克。多维运动样品台5还可绕其中心轴8(即θ轴)旋转。θ轴由步进马达控制，最小步长为0.01度，精度为0.01度，系统误差小于5％。X射线入射到样品上，按照布喇格公式：2dsinθ＝nλ，发生衍射，式中d为参与衍射的晶面间距，θ为入射束与衍射晶面的夹角，又称布喇格角，n为整数，λ为入射X射线波长。衍射X射线束经过狭缝光栏6，到达闪烁计数器7。闪烁计数器7装在可绕样品轴旋转的轴9(即2θ轴)上。2θ轴由步进马达控制，最小步长为0.01度，精度为0.01度，系统误差小于5％。θ轴和2θ轴由微机10控制，可分别做θ轴或2θ轴单独转动，也可做θ轴/2θ轴连动。通过闪烁计数器7和数据记录系统10，即可得到不同类型的测量信息。仪器的操作、控制及数据采集全部由微机10控制，实现了自动化。

对粉末衍射数据的处理采用传统的多晶衍射分析方法；对外延薄膜X射线双晶衍射谱的理论分析，应用X射线衍射动力学理论；而对X射线漫散射谱的理论分析，采用畸变波波恩理论。应用编写的专用计算机程序，理论拟合实验曲线得到多层膜微结构信息，如各层的厚度、成分、表面和界面的粗糙度、横向相干长度等数据。

本实用新型操作方便，性能稳定，其技术参数可满足外延薄膜研究的一般需要，造价低，可为同类衍射仪的改造提供经验。

图1是本实用新型的多功能X射线衍射仪示意图。

图2是本实用新型的多功能X射线衍射仪光路图。

实施例1：按图1制作的一台多功能X射线衍射仪。

一束特征X射线经过狭缝1、准直光管2和狭缝3入射到槽型硅单色器4上，使入射的X射线单色化。样品台5的底盘能绕单色器4的轴转动，使其成为双轴晶衍射仪。经过单色器4的单色X射线到达多维运动样品台5。实验样品安装在由三个滑板组成的样品台上，该样品台可带动样品做X、Y、Z三个方向移动，每个方向的移动行程为±4mm，最大载重为200克。多维运动样品台5还可绕其中心轴8(即θ轴)旋转。该轴由步进马达控制，最小步长为0.01度，精度为0.01度，系统误差小于5％。X射线入射到样品上，按照布喇格公式：2dsinθ＝nλ，发生衍射，式中d为参与衍射的晶面间距，θ为入射束与衍射晶面的夹角，又称布喇格角，n为整数，λ为入射X射线波长。衍射X射线束经过狭缝光栏6到达闪烁计数器7。闪烁计数器7安装在可绕样品轴旋转的轴9(即2θ轴)上。该轴也由步进马达控制，最小步长为0.01度，精度为0.01度，系统误差小于5％。θ轴和2θ轴由微机10控制，可分别作θ轴或2θ轴单独转动，也可作θ轴/2θ轴连动。通过闪烁计数器7和数据记录系统10，即可得到不同类型的测量信息。仪器的操作、控制及数据采集全部由微机10控制，实现了自动化。

对粉末衍射数据的处理采用传统的多晶衍射分析方法；对外延薄膜X射线双晶衍射谱的理论分析，应用X射线衍射动力学理论；而对X射线漫散射谱的理论分析，采用畸变波波恩理论。应用编写的专用计算机程序，理论拟合实验曲线得到多层膜微结构信息，如各层的厚度、成分、表面和界面的粗糙度、横向相干长度等数据。