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第1章 粉末衍射原理&Robert E.Dinnebier和SimonJ.L.Billinge1

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.Fitch19

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-Carvajal55

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 Allmann85

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 Bail131

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 Zuev163

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 Moliterni203

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 Rizzi223

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 Dreele261

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.Solovyov277

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.Scarlett293

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.Popa327

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 Scardi371

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 Jansen409

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FWHM414

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 Schwarz431

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 Billinge455

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.Cranswick485

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