Room-Temperature X-ray Powder Diffraction (RT-PXRD)
室溫粉末X射線衍射（RT-PXRD）作為材料科學中的基礎技術，在常溫條件下允許研究人員探究和理解多種物質的晶體學結構。 與傳統的X射線衍射方法不同，RT-PXRD在室溫下運行，使其特別適用於在實際條件下研究材料。
在這種技術中，將粉末樣品暴露於X射線中，產生的繞射圖案可以被分析，揭示有關材料晶體結構、相組成和結晶度的關鍵資訊。 RT-PXRD對於定性和定量分析都是無價的，為研究人員提供了一種非破壞性的手段，探索各種材料內部的原子排列，包括製藥品、聚合物、金屬和陶瓷等。 這種方法的適應性和精度使其成為闡明材料結構性質的不可或缺的工具，對各行業都具有重要意義，促進了材料設計、品質控制和性能優化的進步。
傳統與同步加速器 XRD
傳統X射線衍射（XRD）採用實驗室X射線源，提供有限的解析度和靈敏度。 相較之下，同步輻射XRD利用同步輻射，提供更高的強度、可調波長和卓越的分辨率，以實現複雜材料和結構的詳細分析。 同步輻射具有理想的XRD特性，包括：(a) 強度高於傳統分析儀器100到1000倍的強烈X射線；(b) 用於增強分辨率的精確聚焦束流；(c) 寬能譜；和 (d) 簡短的脈衝時間結構。 這些特點導致了訊號雜訊比和角度解析度的提高，減少了峰重疊，增強了峰定位，如圖1所示。
參考：
Khan H, Yerramilli AS, D'Oliveira A, Alford TL, Boffito DC, Patience GS. Experimental methods in chemical engineering: X-ray diffraction spectroscopy—XRD. Can J Chem Eng 2020;98:1255–66.
https:// doi.org/10.1002/cjce.23747.
感測器開發
材料的相組成和結晶度是透過X射線衍射（XRD）光譜分析進行評估的。 對XRD光譜的檢查表明，粉末和燒結材料均僅由單一晶體相組成，其特徵為具有Fm3m晶體結構的鉑（如圖2a、b所示）。 粉末的XRD光譜在散射角範圍為2θ = 29° - 39°之間顯示了一個無定形的光暈，表明存在一個無定形相，很可能是由鉑氧化物代表的，因為鉑原子被識別為 PtO化合物的組成部分。 圖2c展示了製備混合物和用於精修的晶體相的圖案，精修過程揭示了在粉末混合物的晶體相總質量中，金屬鉑相佔14.5 wt.%，氧化鋅佔85.5 wt.%。 因此，鉑基粉末中的金屬鉑相含量可以計算為（14.5/85.5）x 100%，結果約為17.0 wt.%。 其餘的83.0 wt.% 歸因於無定形相。
參考：
Volkov IA, Simonenko NP, Efimov AA, Simonenko TL, Vlasov IS, Borisov VI, et al. Platinum-based nanoparticles produced by a pulsed spark discharge as a promising material for gas sensors. Appl Sci 2021;11:1–20.
https: //doi.org/10.3390/app11020526.
奈米材料
高解析度X射線衍射（XRD）測量驗證了奈米顆粒中觀察到的晶格。 圖3展示了塊體NiO（b-NiO）和奈米尺寸NiO（25-NiO和5-NiO）的XRD收縮模式。 上方譜圖（a）對應於b-NiO樣品，中間譜圖（b）對應於25-NiO，下方譜圖（c）對應於5-NiO樣品。 為了便於與光弱的奈米顆粒譜進行比較，將b-NiO的XRD譜縮小到其絕對強度的20％。 在XRD圖譜中沒有檢測到雜質峰，所有譜圖（b-NiO，25-NiO和5-NiO）都與純NiO產品的礦鹽對稱性相吻合，符合聯合粉末衍射標準（JCPDS）純NiO產品 （JCPDS文件卡號71-1179）。 圖3表明，兩種奈米尺寸NiO樣品的衍射峰明顯變寬，歸因於其較小的晶粒尺寸。 此效應透過XRD分析進行了量化，25-NiO的平均粒徑為25.2奈米，5-NiO為4.8奈米。 此外，奈米尺寸NiO樣品的XRD顯示出峰值向較高的2θ值的移動，顯示與塊體晶粒樣品相比，晶格略有收縮。
參考：
Peck MA, Langell MA. Comparison of nanoscale and bulk NiO structural and environmental characteristics by XRD, XAFS, and XPS. Chem Mater 2012;24:4483–90.
https://doi.org/10.1021/cm300739y.
地質學
XRD 主要用於確定含碳材料的結構參數，特別是在煤炭表徵的背景下。 這些參數，如碳層間距（d002）、平均橫向尺寸（La）和晶粒堆積高度（Lc），用於描述煤炭內填充的三維碳結構。 使用 XRD 進行的分析也揭示了煤中大量無序物質和無定形碳的存在，而在煤化過程中逐漸減少。 五個中-高級別煤炭（MHRC）樣品的 XRD 光譜在圖 4 中描述，顯示了一致的石墨特徵和顯著的背景密度。 這顯示了煤樣品中以無定形碳形式包含高度無序材料。 兩個明顯的峰值，即 002 和 100 波段，可見，對應的散射角約為 26° 和 47°（圖 4）。 002 波段與芳香環之間的堆積有關，代表著多縮聚芳香環中的微晶體。 在 002 峰的左側是 γ 波段，歸因於與縮聚芳香環相連的脂肪族碳氫化合物支鏈、各種官能基和脂環烴。
參考：
Jiang J, Yang W, Cheng Y, Liu Z, Zhang Q, Zhao K. Molecular structure characterization of middle-high rank coal via XRD, Raman and FTIR spectroscopy: Implications for coalification. Fuel 2019;239:559–72.
https: //doi.org/10.1016/j.fuel.2018.11.057.