X射線衍射儀在理論教學中的應用與維護

董澤剛

摘 要 本文以貴州民族大學購買的XRD為例，淺析了XRD在《儀器分析》、《材料分析方法》、《薄膜科學與技術》等理論課程的運用與探索，同時簡要探討了XRD的日常維護；思考了這種將貴重進口科研設備融入理論教學的實際意義。

關鍵詞 XRD 理論教學 應用 維護

中圖分類號：TH878 文獻標識碼：A

0引言

倫琴在1895年偶然發現了X-射線，隨后勞厄發現了X射線衍射現象，從此開啟了人們對它不斷開發與應用。X-射線衍射儀，英文名X- ray diffraction，簡稱XRD。在超過100多年的發展歷史中，X射線衍射儀大致經歷了照相技術探測、計數器探測，電子計算機融合自動探測三個發展階段。由于計算機、電子、半導體等領域地不斷進步，XRD的應用范圍不斷擴大，幾乎每幾年就有體積更小、功能更全面且智能化、安全化的新型號XRD出現。帕納科、布魯克、日本理學等生產的XRD是目前最為廣泛使用的，也正因此XRD的價格不斷下降，使得包括貴州民族大學在內的西部及地方院校也能夠獨立購買和使用XRD。

1 XRD應用范圍

目前，XRD被廣泛應用于材料科學、化學、生物、醫學等科研領域；行業應用主要集中在粉末冶金、生物制藥、珠寶鑒定等。XRD運用主要功能包括物相判定、晶體結構分析、晶粒大小測定、織構、取向測試分析等。主流的分析軟件主要有Jade和highscore/highscore plus。我校采購了荷蘭帕納科公司的銳影系列XRD，可用于粉末、薄膜的物相測定、晶體結構分析等日常使用，能滿足基本科研和專業課教學使用。本文將就XRD在我校專業實踐教學中的應用與維護作詳細探討。

2 XRD理論教學中的應用

2.1 XRD在《儀器分析》教學中的應用

XRD是材料科學與工程專業最為經典和重要的表征儀器，在《儀器分析》教學中，我們主要通過現場觀摩演示為學生講解X射線、X射線產生、X射線衍射測量原理及XRD的結構。通過在實驗室現場講解，充分調動學生好奇心與興趣，將空洞乏味的理論講解實體化，方便學生理解，從而能收到良好的教學反饋，進一步有利于教學相長。

2.2 XRD在《材料分析方法》教學中的應用

不同于《儀器分析》中突出儀器原理而輕應用，《材料分析方法》則側重借助材料分析的儀器設備來表征材料性能。例如涉及X射線物相分析的章節，主要突出闡述方法的使用，包括晶體與非晶的鑒別、晶型判定、軟件解譜分析等。在教學中，我們往往通過現場測試不同種類的材料，再輔以軟件分析，讓學生們通過具體案例學會對具體材料的表征分析。相比傳統教學純以數學模型進行理論講解的方式，這種邊講解邊實踐的方式，學生理解更為透徹，體會也更深；不過分組講解工作量偏大。

2.3 XRD在《薄膜科學與技術》教學中的應用

《薄膜科學與技術》是我校為材料類專業開設的特色專業課程。其內容核心涉及真空技術、薄膜沉積及表征；除理論講解外，還有實踐課程涉及，具體實踐項目又包括薄膜的制備，如以磁控濺射法、蒸鍍法等在基體上制備不同材料、不同工藝的薄膜，第二部分則是薄膜的表征分析，首當其沖的便是薄膜XRD測試。由于前兩門課程良好的基礎，絕大多數學生能夠很好的對自己制備的材料進行測試分析，同時對數據作出科學合理的分析。可見，科學的專業課程設置對學生專業素養的培育是收效良好的。

3 XRD日常維護

目前，國內各高校、企業使用的XRD主要還是依賴進口，雖然其價格不斷呈下滑趨勢，但相對國產設備任然比較昂貴，并且儀器使用率較高，許多東部知名高校排隊測試現象突出。因此，做好儀器的日常保養維護，保障日常科研教學顯得尤為重要。

仍然以我校為例。貴陽陰雨潮濕天氣居多，XRD必須配備24小時除濕機，避免儀器受潮及光管損壞；微堿性的二次蒸餾水有利于保護儀器免受腐蝕。XRD的防護門很多都是電磁閥門，很多老師、學生在使用過程中將其當成普通閥門，關閉閥門時比較隨意，這是很多XRD損壞或不能測試的重要原因。XRD經過多年的發展演變，其安全等級已經比較高，因X射線輻射而影響使用者的事件幾乎未見報道，因此諸如閥門不能完全關閉的 “小瑕疵”很容易被系統感知而不會通過X光管產生X射線。因此在日常管理中要培養使用者的使用習慣，避免因小失大。

4結語

良好的硬件平臺對于高校的發展尤為重要，對培養學生科學素養也很有裨益。類似XRD、SEM、GC-MS等專業科研設備能夠融入日常實踐教學中，對激發學生科研興趣，提升學生獨立思考、動手解決實際問題的能力都很有意義。另外，通過教學觀摩加實踐操作的授課方式，有利于學生增長見識，使一些“高大上”的應用型專業落地，切實加強學生對專業培養的認同與理解，有利于未來的深造與擇業。

參考文獻

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