X射线形貌术 (XRT)：晶体缺陷的无损可视化技术

与透射电子显微镜（TEM）的思路相通，X射线衍射技术同样能够用于直观地呈现晶体材料内部的晶体学非均匀性，如位错、层错和晶界等。然而，X射线技术面临一个与TEM截然不同的根本性挑战：至今仍缺乏高效的X射线透镜。这一物理限制意味着XRT图像无法像在光学显微镜（OM）或TEM中那样被轻易放大。

那么，XRT的空间分辨率由什么决定？其上限主要受限于X射线胶片乳胶颗粒的尺寸，通常在 2-3 μm 范围。若采用能量更高、平行性更好的同步辐射光源，这一分辨率可以被优化至约 1 μm。

在具体实现上，最经典的XRT装置是由Lang设计的透射式相机（如图1所示）。其工作原理是让晶体样品和X射线胶片同步平移，从而逐段扫描并记录下整个样品的衍射图像。此外，当样品对X射线不透明时，一种被称为Berg-Barrett法的反射式成像方案也得到了广泛应用，它通过记录反射衍射束来构筑图像。

XRT图像的形成机理，是通过记录由特定衍射矢量 g 所定义的衍射束强度分布来实现的，这在原理上与TEM中的暗场（dark-field）成像颇为相似。晶格的完整区域，衍射强度均匀一致；而当X射线扫过位错、应变场或其他晶格畸变区域时，局部的衍射条件发生改变，导致衍射强度出现变化，从而在最终的图像上形成衬度，使这些微观缺陷得以“显形”。

相较于TEM，XRT的一个核心优势在于它能够检测尺寸较大（可达厘米级）的块体样品，并且整个过程无需高真空环境，可在常规气氛中进行。这一特性，结合其对应变场极高的探测精度，使得XRT在研究以应力状态为核心的物理现象（例如材料的疲劳与断裂过程）时，展现出独特的应用价值。要获得一张高衬度的形貌像，需要对衍射几何、X射线波长以及样品厚度进行精妙的权衡与选择。这不仅考验着研究人员的理论功底，也对实验操作的精度提出了极高要求。这正是专业检测实验室的核心价值所在。

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图1. 用于透射式X射线形貌分析的Lang相机。通过使晶体与X射线胶片同步平移，可以记录下样品不同截面的衍射信息，最终拼接成一幅完整的形貌图像。