X射线衍射仪在理论教学中的应用与维护

董泽刚

摘 要 本文以贵州民族大学购买的XRD为例，浅析了XRD在《仪器分析》、《材料分析方法》、《薄膜科学与技术》等理论课程的運用与探索，同时简要探讨了XRD的日常维护；思考了这种将贵重进口科研设备融入理论教学的实际意义。

关键词 XRD 理论教学 应用 维护

中图分类号：TH878 文献标识码：A

0引言

伦琴在1895年偶然发现了X-射线，随后劳厄发现了X射线衍射现象，从此开启了人们对它不断开发与应用。X-射线衍射仪，英文名X- ray diffraction，简称XRD。在超过100多年的发展历史中，X射线衍射仪大致经历了照相技术探测、计数器探测，电子计算机融合自动探测三个发展阶段。由于计算机、电子、半导体等领域地不断进步，XRD的应用范围不断扩大，几乎每几年就有体积更小、功能更全面且智能化、安全化的新型号XRD出现。帕纳科、布鲁克、日本理学等生产的XRD是目前最为广泛使用的，也正因此XRD的价格不断下降，使得包括贵州民族大学在内的西部及地方院校也能够独立购买和使用XRD。

1 XRD应用范围

目前，XRD被广泛应用于材料科学、化学、生物、医学等科研领域；行业应用主要集中在粉末冶金、生物制药、珠宝鉴定等。XRD运用主要功能包括物相判定、晶体结构分析、晶粒大小测定、织构、取向测试分析等。主流的分析软件主要有Jade和highscore/highscore plus。我校采购了荷兰帕纳科公司的锐影系列XRD，可用于粉末、薄膜的物相测定、晶体结构分析等日常使用，能满足基本科研和专业课教学使用。本文将就XRD在我校专业实践教学中的应用与维护作详细探讨。

2 XRD理论教学中的应用

2.1 XRD在《仪器分析》教学中的应用

XRD是材料科学与工程专业最为经典和重要的表征仪器，在《仪器分析》教学中，我们主要通过现场观摩演示为学生讲解X射线、X射线产生、X射线衍射测量原理及XRD的结构。通过在实验室现场讲解，充分调动学生好奇心与兴趣，将空洞乏味的理论讲解实体化，方便学生理解，从而能收到良好的教学反馈，进一步有利于教学相长。

2.2 XRD在《材料分析方法》教学中的应用

不同于《仪器分析》中突出仪器原理而轻应用，《材料分析方法》则侧重借助材料分析的仪器设备来表征材料性能。例如涉及X射线物相分析的章节，主要突出阐述方法的使用，包括晶体与非晶的鉴别、晶型判定、软件解谱分析等。在教学中，我们往往通过现场测试不同种类的材料，再辅以软件分析，让学生们通过具体案例学会对具体材料的表征分析。相比传统教学纯以数学模型进行理论讲解的方式，这种边讲解边实践的方式，学生理解更为透彻，体会也更深；不过分组讲解工作量偏大。

2.3 XRD在《薄膜科学与技术》教学中的应用

《薄膜科学与技术》是我校为材料类专业开设的特色专业课程。其内容核心涉及真空技术、薄膜沉积及表征；除理论讲解外，还有实践课程涉及，具体实践项目又包括薄膜的制备，如以磁控溅射法、蒸镀法等在基体上制备不同材料、不同工艺的薄膜，第二部分则是薄膜的表征分析，首当其冲的便是薄膜XRD测试。由于前两门课程良好的基础，绝大多数学生能够很好的对自己制备的材料进行测试分析，同时对数据作出科学合理的分析。可见，科学的专业课程设置对学生专业素养的培育是收效良好的。

3 XRD日常维护

目前，国内各高校、企业使用的XRD主要还是依赖进口，虽然其价格不断呈下滑趋势，但相对国产设备任然比较昂贵，并且仪器使用率较高，许多东部知名高校排队测试现象突出。因此，做好仪器的日常保养维护，保障日常科研教学显得尤为重要。

仍然以我校为例。贵阳阴雨潮湿天气居多，XRD必须配备24小时除湿机，避免仪器受潮及光管损坏；微碱性的二次蒸馏水有利于保护仪器免受腐蚀。XRD的防护门很多都是电磁阀门，很多老师、学生在使用过程中将其当成普通阀门，关闭阀门时比较随意，这是很多XRD损坏或不能测试的重要原因。XRD经过多年的发展演变，其安全等级已经比较高，因X射线辐射而影响使用者的事件几乎未见报道，因此诸如阀门不能完全关闭的 “小瑕疵”很容易被系统感知而不会通过X光管产生X射线。因此在日常管理中要培养使用者的使用习惯，避免因小失大。

4结语

良好的硬件平台对于高校的发展尤为重要，对培养学生科学素养也很有裨益。类似XRD、SEM、GC-MS等专业科研设备能够融入日常实践教学中，对激发学生科研兴趣，提升学生独立思考、动手解决实际问题的能力都很有意义。另外，通过教学观摩加实践操作的授课方式，有利于学生增长见识，使一些“高大上”的应用型专业落地，切实加强学生对专业培养的认同与理解，有利于未来的深造与择业。

参考文献

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[2] 马礼敦.多功能X射线衍射仪的由来与发展（上）[J].理化检验（物理分册），2010（08）： 500-506.

[3] 杨新萍.X射线衍射技术的发展和应用[J].山西师范大学学报（自然科学版），2007（01）：72-76.