X射線衍射，簡(jiǎn)稱XRD，是一種利用X射線與晶體之間的衍射作用來(lái)確定晶體結(jié)構(gòu)或形態(tài)等信息的表征手段。當(dāng)一束單色X射線照射到晶體時(shí)，晶體中的原子會(huì)在X射線的作用下被迫做周期性的運(yùn)動(dòng)，以原子為單位對(duì)外發(fā)射次生波，該波的頻率與入射X射線一致，這個(gè)過(guò)程是X射線的散射。由于晶體中的原子在空間上呈周期性的規(guī)律排布，這些散射球面波之間存在著固定的位相關(guān)系，會(huì)在空間產(chǎn)生干涉，導(dǎo)致在某些散射方向的球面波相互加強(qiáng)，而在某些方向上相互抵消，從而出現(xiàn)衍射現(xiàn)象。因此，晶體中的X射線衍射實(shí)質(zhì)上就是大量原子散射波在空間上相互干涉的結(jié)果。衍射線在空間分布的方位和強(qiáng)度，與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，每種晶體所產(chǎn)生的衍射花樣都反映出該晶體內(nèi)部的原子分配規(guī)律，這就是X射線衍射的基本原理。

一個(gè)衍射花樣的特征，由兩部分組成：①衍射線在空間的分布規(guī)律，由晶胞大小、形狀和位向決定；②衍射線束的強(qiáng)度，取決于原子的種類和它們?cè)诰О械奈恢谩Ｍㄟ^(guò)分析衍射花樣在空間出現(xiàn)的位置和強(qiáng)度，就可以在X射線衍射和晶體結(jié)構(gòu)之間建立定性和定量關(guān)系。

布拉格方程是衍射分析中最重要的基礎(chǔ)公式，它揭示了衍射與晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)在關(guān)系。如圖示，當(dāng)X射線照射到晶體時(shí)，照射到相鄰兩晶面的光程差是2dsinθ。當(dāng)光程差等于X射線波長(zhǎng)的n倍時(shí)，相鄰原子面散射波干涉加強(qiáng)，即干涉加強(qiáng)條件為：2dsinθ=nλ。 2dsinθ=nλ(n=1，2，3…)，其中，λ是X射線的波長(zhǎng)，d是晶體晶面間距，θ是入射X射線與相應(yīng)晶面的夾角。通過(guò)布拉格方程，可以用已知波長(zhǎng)的X射線求解晶面間距d，從而獲得晶體結(jié)構(gòu)信息。

謝樂(lè)公式（Scherrer公式）是XRD測(cè)晶粒尺寸的理論基礎(chǔ)，描述了晶粒尺寸與衍射峰半峰寬之間的關(guān)系。晶粒越小，XRD衍射線的峰就越彌散寬化。

Scherrer公式D=Kλ/βcosθ，其中D是垂直于晶面方向的晶粒尺寸；K是Scherrer常數(shù)，一般取0.87-1；λ是X射線波長(zhǎng)；β是衍射峰半高寬度，單位是弧度；θ是衍射角。該方法計(jì)算的是晶粒的平均尺寸。 

XRD是目前研究晶體結(jié)構(gòu)最有力的方法，通過(guò)樣品的X射線衍射圖與已知晶態(tài)物質(zhì)的X射線衍射圖對(duì)比分析可以完成樣品物相組成和結(jié)構(gòu)的定性鑒定；通過(guò)對(duì)樣品衍射強(qiáng)度數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，可以完成樣品物相組成的定量分析。