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研究和發展先進材料，這項工作涉及研究各種物質的特性和使用，如金屬，陶瓷和塑料，應用范圍從空間科學和國防科技到消費類產品。X射線衍射（XRD）是研究先進材料的主要技術，包括下列功能：相的識別和定量，相的結晶度判定，晶體結構，晶體取向和織構，極圖等。這些功能的非環境條件影響也同XRD技術一起經常研究。可針對各種樣品類型，從粉末到各種形狀和尺寸的固體材料，液體和半導體晶片。
 

在研究行星進程和地球構造過程中，地理學家們需要分析巖石和礦物樣品的組成。X射線衍射儀分析技術如：小點激發，分布分析和無標定量分析，日漸成為地質研究及礦物學研究領域內的主要儀器。X射線衍射儀（XRD）可定量測量相組成。X射線衍射數據的Rietveld分析被認為是晶體相定量分析適合的方法。

鑄造廠，冶煉廠和鋼廠還有金屬行業的其他方面都是連續生產并要求日夜控制生產和進料出料的質量。合金的化學含量，殘余應力是與結構失效相關的重要特征。X射線衍射儀是無損精確測量殘余應力的方法。X射線衍射具有較高的空間分辨率和測量硬化材料的能力提供了非接觸式測量。

現代生活的每個環節都得益于涂層或薄膜技術。無論是集成電路芯片上的阻擋層薄膜還是鋁制飲料罐上的涂層，X射線是研發，產品過程控制和質量保證*的分析技術。作為納米技術研究的重要方法，X射線衍射（XRD）和附屬技術被用于確定薄膜分子結構的性質。