作為接觸過XRD，尤其是使用過JADE的同學(xué)积锅，想必對中南大學(xué)材料學(xué)院黃繼武教授這個名字并不陌生爽彤。
從最開始寫的關(guān)于JADE軟件的使用手冊，到他的書籍《多晶材料X射線衍射實(shí)驗(yàn)原理方法與應(yīng)用》缚陷，給了眾多初學(xué)者很大的裨益适篙。本人有幸地曾邀請到黃繼武老師為我們講講XRD那些事。
01
您是國內(nèi)著名的XRD專家箫爷，那么求學(xué)時代是怎么和XRD結(jié)緣的嚷节？
黃老師：謝謝。談不上著名的專家虎锚，XRD是材料科學(xué)家的一個重要研究手段硫痰，我本人只是在這方面用得比較多，接觸面比較廣泛而已窜护。
我在大學(xué)時學(xué)的專業(yè)是材料物理效斑，材料結(jié)構(gòu)課程的老師是我國知名的XRD學(xué)者李樹棠教授。
我們現(xiàn)在的本科教材還是使用他老人家所寫的《X射線衍射學(xué)基礎(chǔ)》柱徙，他講課是慢條斯理缓屠，理論講得特別透徹奇昙。
然后，在后來留校任教的幾十年中敌完，一直使用XRD做材料的結(jié)構(gòu)分析储耐。
對于我來說，XRD就是一種科研的手段滨溉。
當(dāng)然什湘，30年來隨著X射線技術(shù)的發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，我也隨時在跟著學(xué)習(xí)晦攒∏菥妫總覺得X射線衍射技術(shù)的發(fā)展速度太快了，應(yīng)用面太廣了勤家，還有很多沒有學(xué)習(xí)到腹尖。所以，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是一個什么專家伐脖。謝謝热幔。
02
XRD是一項材料結(jié)構(gòu)基本測試方法，您認(rèn)為學(xué)好XRD最關(guān)鍵的是什么讼庇？
黃老師：謝謝绎巨。X射線衍射技術(shù)你既可以把它當(dāng)作一種材料結(jié)構(gòu)的測試手段，通過它來表征材料的組織和結(jié)構(gòu)蠕啄，你也可以把它看作是一門一直在發(fā)展而且還會繼續(xù)發(fā)展下去的一門跨學(xué)科的科學(xué)场勤。沒有一門科學(xué)技術(shù)象XRD一樣有那么多的諾貝爾獲得者誕生。
隨著X射線衍射應(yīng)用的范圍的擴(kuò)展歼跟，它現(xiàn)在已不僅僅局限于材料研究和媳。
實(shí)際上，X射線衍射的應(yīng)用一直都包括材料哈街、晶體留瞳、礦物、物理骚秦、化學(xué)她倘、生物分子、醫(yī)藥等領(lǐng)域作箍，現(xiàn)在更加擴(kuò)展到農(nóng)業(yè)硬梁、林業(yè)、建筑等廣大的領(lǐng)域胞得。
因此荧止，要學(xué)習(xí)好XRD，首先對物理、化學(xué)罩息、晶體學(xué)嗤详、材料學(xué)和礦物學(xué)有基本的熟悉个扰，然后瓷炮，也需要對自己的研究領(lǐng)域有專業(yè)的知識。當(dāng)然递宅，更重要的是對這一門科學(xué)的熱愛娘香。我經(jīng)常告訴我的學(xué)生，在你自己的研究領(lǐng)域办龄，你自己才是真正的專家烘绽。
03
按照您的理解，XRD適合于做什么俐填？
黃老師：謝謝安接。XRD是大材料領(lǐng)域研究的一個必不可少的工具，但它又不象電子顯微分析那樣直觀英融。XRD的應(yīng)用于要包括兩個方面盏檐，一是對未知物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)解析。二是對多相混合物的物相的鑒定驶悟，以及對這些物相的組織和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析胡野。
所謂結(jié)構(gòu)分析包括這些物相的晶體結(jié)構(gòu)類型、晶胞大小的測定痕鳍、以及多相混合物中各種物相的相對含量等等硫豆；所謂組織分析主要指晶粒尺寸的計算、微觀和宏觀應(yīng)力的測量笼呆、織構(gòu)－也就是我們說的擇優(yōu)取向的測量等等熊响。
近些年來，利用XRD對低維材料诗赌，如薄膜材料的組織和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析也是一個熱門耘眨。
04
除了基本的分析之外，XRD還在哪些領(lǐng)域得以應(yīng)用境肾？
黃老師：謝謝剔难。粉末X射線衍射的主要作用是分析樣品中各物相的種類和含量。其它的應(yīng)用領(lǐng)域還特別多奥喻。
我真的想不到XRD在哪些方面沒有應(yīng)用偶宫。
就我接觸的，新材料研究环鲤，新物質(zhì)的鑒定需要XRD纯趋；找礦，選礦、冶礦吵冒、材料制備都離不開XRD纯命；建筑設(shè)計，機(jī)電機(jī)械也離不開XRD痹栖；地質(zhì)普查亿汞、石油打井、連修高鐵揪阿、建壩都離不開XRD疗我；生物材料、吃的糧食南捂、木材改性都離不開XRD吴裤。而且在這些方面我都做過相關(guān)的工作。
05
您可以推薦一兩本XRD的學(xué)習(xí)教材嗎溺健？推薦理由是麦牺？
黃老師：謝謝。現(xiàn)在市面上各種新版關(guān)于XRD的書真的很多鞭缭。但是剖膳，我還是特別推薦李樹棠老師所寫的《晶體X射線衍射學(xué)基礎(chǔ)》，這本書現(xiàn)在已經(jīng)不再版了缚去，但書的第3章和第4章對X射線衍射的理論闡述得非常清楚潮秘。實(shí)驗(yàn)方面來說，復(fù)旦大學(xué)退休教授馬禮敦老師所寫的《近代X射線多晶衍射》一書是畢其一生的經(jīng)驗(yàn)——值得一讀易结。另外枕荞，上海交通大學(xué)姜傳海教授和楊傳錚教授編著的《材料射線衍射和散射分析》一書對于擴(kuò)大我們的視野很有幫助。
衍射的概念其實(shí)不只是X射線衍射搞动，還包括散射躏精，如非晶散射和小角散射。實(shí)驗(yàn)手段來說鹦肿，還有同步輻射和中子衍射矗烛，它們由于其能量足夠高，對于深入樣品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)分析以及磁性能分析具有普通X射線衍射不可比擬的優(yōu)點(diǎn)箩溃。
06
您分別給本科生瞭吃、研究生開始了與XRD相關(guān)的課程，請問這里面教學(xué)內(nèi)容主要有什么不同涣旨？
黃老師：在我們學(xué)校歪架，本科生、碩士生和博士生都有X射線衍射的相關(guān)課程霹陡。
對于本科生來說，基礎(chǔ)的掌握尤其重要，因此集峦，主要講解衍射的基本原理少梁、方法以及基本應(yīng)用矫付，例如物相的鑒定和定量分析买优，XRD譜反映了物質(zhì)很多方面的信息挺举，只有基礎(chǔ)理論扎實(shí)湘纵，才可能從譜圖中讀出并解釋這些信息砌左；
對碩士生來說汇歹，已經(jīng)有一定的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)产弹。全面地將各種應(yīng)用的原理、方法和實(shí)驗(yàn)方法介紹給他們是主要目的痰哨，通過這一階段的學(xué)習(xí)奄毡，可以全面掌握XRD的各種方法并將其應(yīng)用到自己的研究中去咪奖。
作為博士生來說羊赵，我們主要是想進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用視野，比如介紹一些特殊的應(yīng)用鸯绿，如薄膜方面的應(yīng)用、新材料研究中的應(yīng)用實(shí)例、同步輻射和中子衍射的一些應(yīng)用實(shí)例介紹給他們，這樣他們可以將XRD應(yīng)用到更重要的科學(xué)研究中蝎宇。
07
您覺得XRD測試中需要注意的事項主要有哪些凉唐，平常學(xué)生主要遇到的問題是什么台囱？
黃老師：謝謝淡溯。我經(jīng)常和同學(xué)們講的一句話是：多花些時間在數(shù)據(jù)的測量上面，少花時間在數(shù)據(jù)的處理上簿训。
樣品的準(zhǔn)備是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵咱娶，要達(dá)到什么目的就要制備滿足什么要求的樣品米间，樣品達(dá)不到要求肯定是得不到滿意的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)測量參數(shù)的設(shè)置是成功的重要步驟膘侮。不同實(shí)驗(yàn)?zāi)康膽?yīng)當(dāng)采用不同的實(shí)驗(yàn)條件屈糊。
比如，我們一般測量一個數(shù)據(jù)只需要幾分鐘琼了，而對于做結(jié)構(gòu)精修的數(shù)據(jù)逻锐，我們往往需要花十幾個小時來測量。
有的同學(xué)很愿意將時間花在數(shù)據(jù)的平滑等操作上雕薪，我總是告訴我的學(xué)生們昧诱，這樣的操作是失真的操作，是無意義的工作所袁。
08
國內(nèi)目前XRD最好的測試設(shè)備有哪些盏档？國外最先進(jìn)的XRD設(shè)備呢？能基于您對測試設(shè)備的理解點(diǎn)評一下嗎纲熏？
黃老師：謝謝妆丘。我不想為儀器廠家打廣告锄俄。但是局劲，既然問到，我還是就我理解說一說這個問題吧奶赠，僅僅是個人見解鱼填，不一定正確。
國內(nèi)的衍射儀發(fā)展了幾十年毅戈，遼寧的丹東是我們國家的儀器儀表生產(chǎn)基地苹丸。
丹東浩元公司獲得了國家的大力支持，國內(nèi)包括中科院的十多位知名專家參與進(jìn)來苇经，做了很大的貢獻(xiàn)赘理，所生產(chǎn)的DX－2700，2800在測量精度扇单、功能和測量速度上都不比國外的一些品牌差商模，有的學(xué)校就有幾十臺，我們學(xué)校也有兩臺蜘澜，使用得特別好施流。
丹東另一個公司，即通達(dá)公司也獲得了國家的大力支持鄙信，很可能在單晶衍射儀上會有所突破瞪醋。國內(nèi)還有一個品牌是北京普析公司的衍射儀，在國內(nèi)也占有一定的份額装诡。
就國外品牌來說银受，我所接觸較多的理學(xué)公司践盼、帕納克公司和布魯克公司。對他們的產(chǎn)品都比較喜歡宾巍。各有優(yōu)點(diǎn)和長處宏侍。比如理學(xué)最新產(chǎn)品SmartLab，完全實(shí)現(xiàn)了自動識別蜀漆、自動調(diào)整谅河，功能十分齊全，可以滿足粉末X射線衍射确丢、散射绷耍、薄膜衍射的所有應(yīng)用要求。
09
您寫了一本《多晶材料X射線衍射實(shí)驗(yàn)原理方法與應(yīng)用》鲜侥，其中主要介紹的是JADE的使用褂始，對于這個軟件，您的評價是描函？它的優(yōu)缺點(diǎn)崎苗？
黃老師：謝謝。其實(shí)我寫這本書的目的舀寓，并非要介紹這個軟件的使用胆数。
只是，數(shù)據(jù)的處理必須通過一個軟件來實(shí)現(xiàn)互墓。我想要達(dá)到的目的是通過這個軟件的使用來比較全面地介紹粉末衍射的各種應(yīng)用方法必尼。
這樣的數(shù)據(jù)處理很多，每個儀器公司都配有自己的軟件篡撵，比如判莉，理學(xué)公司的PDXL2，布魯克公司的EVA和ToPAS育谬，以及帕納克公司的Highscore Plus等我都使用券盅。
但是，這些軟件只配在相應(yīng)的儀器上膛檀，不能脫離實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用锰镀，在使用上很不方便。而Jade這個軟件是一個通用軟件宿刮，對這些儀器所測量的數(shù)據(jù)都能識別和處理互站，而且這個軟件的操作界面友好美觀，輸出格式化僵缺，很適合初學(xué)者胡桃。
這個軟件的功能是齊全的，除不能處理織構(gòu)數(shù)據(jù)外磕潮，基本上包括粉末衍射的功能翠胰。特別是應(yīng)力計算的結(jié)構(gòu)精修功能都包括在內(nèi)容贝。還有就是，做結(jié)構(gòu)精修時之景，不需要額外處理原始數(shù)據(jù)斤富，可以直接通過PDF卡片來讀取晶體結(jié)構(gòu)模型，這是其他任何軟件都不可比的锻狗。
它的缺點(diǎn)是對譜圖的擬合太麻煩满力，很多初學(xué)者顯得會用但用得不精，還有就是精修的指標(biāo)設(shè)計和精修精度有待加強(qiáng)轻纪。
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除了《多晶材料X射線衍射實(shí)驗(yàn)原理方法與應(yīng)用》這本書之外油额，您還有其他著書想法或者計劃嗎？
黃老師：我確實(shí)有這個想法刻帚，而且已經(jīng)做了幾年的工作潦嘶，我現(xiàn)在一邊教課，積累教學(xué)經(jīng)驗(yàn)崇众，一邊在準(zhǔn)備寫一本涵蓋X射線衍射基本理論和最新實(shí)驗(yàn)手段的教材掂僵，以使教學(xué)內(nèi)容不太滯后于發(fā)展的需要。我希望我寫出來的東西是容易讀懂的顷歌，而且是實(shí)用價值的锰蓬。謝謝。
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對于有志于研究及從事XRD相關(guān)工作的學(xué)子衙吩，您有什么話想說的嗎互妓？
黃老師：謝謝。我發(fā)現(xiàn)兩個很好的現(xiàn)象坤塞，一是大學(xué)一畢業(yè)就從事XRD相關(guān)工作的年輕人特別多，而且越來越多澈蚌，二是這一群年輕人中懂相關(guān)技術(shù)的也特別多摹芙，而且越來越多。
要用好XRD宛瞄，知識的掌握和運(yùn)用非常重要浮禾，材料的各種性質(zhì)都可以通過結(jié)構(gòu)和組織的變化來表征；另一點(diǎn)來說份汗，使用經(jīng)驗(yàn)的積累也很重要盈电。比如最簡單的物相鑒定，并非掌握了XRD的基本理論就可以了杯活，要真正做到“看圖識譜”匆帚，還需要一定工作經(jīng)歷的沉淀和積累。
最后一點(diǎn)就是擴(kuò)大各專業(yè)領(lǐng)域的基本知識旁钧。XRD的應(yīng)用不只局限于某一個領(lǐng)域吸重，比如互拾，雖然你可能出身于金屬材料這個門，但你應(yīng)當(dāng)對一些礦物生成知識嚎幸、物理學(xué)和化學(xué)分子構(gòu)成知識以及生物分子相關(guān)知識都應(yīng)當(dāng)有所了解颜矿。
感謝黃老師的精彩回答。
文末的話-by 劉沐
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