多维X射线衍射及其在纳米薄膜的应用
发布时间：2021-01-23 18:40
纳米薄膜材料因其独特的尺寸效应在微电子和机械制造等领域具有广泛应用前景。准确获取薄膜结构信息是促进薄膜材料应用的重要课题。现有X射线衍射可靠度低,难以准确获取纳米薄膜材料的结构特性。为此,本文尝试发展适应于薄膜材料的多维X射线衍射。提出一种对称性纳米薄膜的三维X射线衍射测试方法和技术;对纳米掺硼金刚石（BDD,Boron-doped Diamond）薄膜和TiN薄膜进行应用研究,考察多维X射线衍射的可靠性,探究结构和性能之间的内在关系。（1）基于一维X射线衍射,提出一种多维X射线衍射方法。在一维X射线衍射基础上,增加方位角参量和衍射强度参量,构建多维X射线衍射方法,揭示新增维度的衍射意义。结合多功能数模,实现二维衍射仪六种扫描模式的统一,设计三圆X射线衍射仪进行三维衍射。（2）改进衍射仪样品架,提出一种多维X射线衍射技术。为应对现有对称性纳米薄膜应用研究的局限性,从成像技术和样品架制备方法两方面改进三维X射线衍射技术。依据薄膜晶体学特性,提出三维成像方法以提高衍射数据的准确性,改进样品架的腐蚀剂和粘结剂配方以降低衍射背底并提高使用寿命。TiN薄膜的三维衍射结果显示,该技术可以准确获取薄...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
晶体的X射线衍射
图1-2示出两种劳厄法的成像原理,其中(a)为投射劳厄法;(b)为背射劳厄法。劳厄利用连续X射线垂直射入一个位置固定的硫酸铜(Cu SO4)单晶体,并在一侧安放一张底片,成功地拍出了世界上第一张晶体衍射照片,验证了晶体的衍射现象存在和晶体内部的周期性排列。方法的特点是保持晶体位置固定不动,入射X射线的入射角度θ也固定不变;改变入射X射线的波长λ,根据衍射晶面筛选不同波长的X射线来符合Bragg方程的几何要求。周转晶体法
德拜—谢乐法是一种适合于粉末样品的照相方法,设备简便。图1-3示出多晶粉末样品衍射图的形成原理(Alshabanat,2019)。由图1-3可知,当某晶粒的(h k l)晶面正好与入射X射线构成的角度θ符合布拉格方程的掠射角时发生衍射现象,OP代表衍射线方向。以入射X射线的方向为轴,转动晶粒,则衍射线OP也会围绕入射线进行转动,从而构成了一个顶角为4θ的衍射圆锥面(Mirzaei,2019)。粉末样品进行照相时,并非将晶粒围绕着入射X射线的方向轴进行旋转;但粉末试样内部存在大量取向各异的晶粒,总会存在部分晶粒,其(h k l)晶面符合上述晶粒转动时对应的所有方位。这些晶面的衍射线同样连续地分布在顶角为4θ的圆锥面上,具有不同晶面间距的各组晶面将分别形成各自的衍射圆锥。以待测样品为轴线,利用圆柱形底片记录这些衍射圆锥,会获得一系列衍射弧对,每一个弧对均可以用相应的hkl进行标记(Wang,2015)。这就是德拜—谢乐法,根据衍射弧对之间的距离,可以计算出各衍射线所对应的布拉角θ,从而计算晶面间距d。1.2.4 一维X射线衍射的局限性
【参考文献】：
期刊论文
[1]北部湾涠洲岛海水重金属污染现状研究[J]. 徐轶肖,谢谊,赵鹏,张腾,周齐家,胡宝清. 生态环境学报. 2018(05)
[2]纳米三氧化钨的制备、表征及对六硝基六氮杂异伍兹烷热分解的影响[J]. 赵宁宁,贺翠翠,王通,安亭,赵凤起,胡荣祖,马海霞. 无机化学学报. 2015(10)
[3]薄膜法X射线荧光测量中样品检测位置及防护铅板内衬材料的选择研究[J]. 甘婷婷,张玉钧,赵南京,殷高方,董欣欣,王亚萍,刘建国,刘文清. 光谱学与光谱分析. 2015(01)
[4]多功能X射线衍射仪的由来与发展（上）[J]. 马礼敦. 理化检验(物理分册). 2010(08)
[5]X射线衍射技术在材料分析中的应用[J]. 田志宏,张秀华,田志广. 工程与试验. 2009(03)
[6]X射线衍射技术的发展和应用[J]. 杨新萍. 山西师范大学学报(自然科学版). 2007(01)
[7]二维X射线衍射及其应用研究进展[J]. 杨传铮,汪保国,张建. 物理学进展. 2007(01)
[8]镀层厚度的X射线衍射法测量[J]. 李志海,周上祺,任勤,石泉,邱绍宇,李聪. 核动力工程. 2006(03)
[9]X射线衍射仪样品测试架的改进[J]. 刘秋朝,朱骏,陈小兵. 理化检验(物理分册). 2004(11)
[10]薄膜、多层膜和一维超点阵材料的X射线分析新进展[J]. 杨传铮. 物理学进展. 1999(02)
本文编号：2995729
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
晶体的X射线衍射
图1-2示出两种劳厄法的成像原理,其中(a)为投射劳厄法;(b)为背射劳厄法。劳厄利用连续X射线垂直射入一个位置固定的硫酸铜(Cu SO4)单晶体,并在一侧安放一张底片,成功地拍出了世界上第一张晶体衍射照片,验证了晶体的衍射现象存在和晶体内部的周期性排列。方法的特点是保持晶体位置固定不动,入射X射线的入射角度θ也固定不变;改变入射X射线的波长λ,根据衍射晶面筛选不同波长的X射线来符合Bragg方程的几何要求。周转晶体法
德拜—谢乐法是一种适合于粉末样品的照相方法,设备简便。图1-3示出多晶粉末样品衍射图的形成原理(Alshabanat,2019)。由图1-3可知,当某晶粒的(h k l)晶面正好与入射X射线构成的角度θ符合布拉格方程的掠射角时发生衍射现象,OP代表衍射线方向。以入射X射线的方向为轴,转动晶粒,则衍射线OP也会围绕入射线进行转动,从而构成了一个顶角为4θ的衍射圆锥面(Mirzaei,2019)。粉末样品进行照相时,并非将晶粒围绕着入射X射线的方向轴进行旋转;但粉末试样内部存在大量取向各异的晶粒,总会存在部分晶粒,其(h k l)晶面符合上述晶粒转动时对应的所有方位。这些晶面的衍射线同样连续地分布在顶角为4θ的圆锥面上,具有不同晶面间距的各组晶面将分别形成各自的衍射圆锥。以待测样品为轴线,利用圆柱形底片记录这些衍射圆锥,会获得一系列衍射弧对,每一个弧对均可以用相应的hkl进行标记(Wang,2015)。这就是德拜—谢乐法,根据衍射弧对之间的距离,可以计算出各衍射线所对应的布拉角θ,从而计算晶面间距d。1.2.4 一维X射线衍射的局限性
【参考文献】：
期刊论文
[1]北部湾涠洲岛海水重金属污染现状研究[J]. 徐轶肖,谢谊,赵鹏,张腾,周齐家,胡宝清. 生态环境学报. 2018(05)
[2]纳米三氧化钨的制备、表征及对六硝基六氮杂异伍兹烷热分解的影响[J]. 赵宁宁,贺翠翠,王通,安亭,赵凤起,胡荣祖,马海霞. 无机化学学报. 2015(10)
[3]薄膜法X射线荧光测量中样品检测位置及防护铅板内衬材料的选择研究[J]. 甘婷婷,张玉钧,赵南京,殷高方,董欣欣,王亚萍,刘建国,刘文清. 光谱学与光谱分析. 2015(01)
[4]多功能X射线衍射仪的由来与发展（上）[J]. 马礼敦. 理化检验(物理分册). 2010(08)
[5]X射线衍射技术在材料分析中的应用[J]. 田志宏,张秀华,田志广. 工程与试验. 2009(03)
[6]X射线衍射技术的发展和应用[J]. 杨新萍. 山西师范大学学报(自然科学版). 2007(01)
[7]二维X射线衍射及其应用研究进展[J]. 杨传铮,汪保国,张建. 物理学进展. 2007(01)
[8]镀层厚度的X射线衍射法测量[J]. 李志海,周上祺,任勤,石泉,邱绍宇,李聪. 核动力工程. 2006(03)
[9]X射线衍射仪样品测试架的改进[J]. 刘秋朝,朱骏,陈小兵. 理化检验(物理分册). 2004(11)
[10]薄膜、多层膜和一维超点阵材料的X射线分析新进展[J]. 杨传铮. 物理学进展. 1999(02)
本文编号：2995729
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