X射线衍射的基本原理和方法.ppt

《X射线衍射的基本原理和方法.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第二章X射线衍射的基本原理和方法一、晶体几何学基础1.晶体与非晶体晶体：原子有序排列非晶体：原子无规则排列晶体有固定的熔点、凝固点2.晶体结构描述了晶体中原子（离子、分子）的排列方式。理想晶体的晶体学抽象:空间规则排列的原子→刚球模型→晶格（刚球抽象为晶格结点，构成空间格架）→晶胞（具有周期性最小组成单元）三种常见晶格类型体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格单晶体与多晶体单晶体：同一晶体中晶格类型与空间位向排列完全一致。各相异性。多晶体：由许多晶格位向不同的小晶体（晶粒）构成。各相同性。3.晶面指数和晶向指数晶体中通过一系列原子中心的平面称为晶面。通过两

2、个以上原子中心的直线为原子列，各原子列的方向称为晶向。（1）晶面指数的确定方法选坐标，以晶格中某一原子为原点（注意不要把原点放在所求的晶面上），以晶胞的三个棱边作为三维坐标的坐标轴。以相应的晶格常数为单位，求出待定晶面在三个坐标轴的截距。求三个截距值的倒数。将所得数值化为最简单的整数，并用圆括号括起，即为晶面指数，如图所示，其形式为（hkl）。晶面指数代表相互平行的晶面数字相同而符号相反的两个晶面指数，仍表示相互平行的一组晶面对于晶面上原子排列状况相同而空间方位不同的各组晶面可归为一个晶面族。（2）晶向指数的确定方法以晶胞中的某原子为原点确定三维晶轴坐标系，通过原

3、点作平行于所求晶向的直线。以相应的晶格常数为单位，求出直线上任意一点的三个坐标值。将所求坐标值化为最简整数，并用方括号括起，即为所求的晶向指数，例如[101]。具体晶向指数如图所示，其形式为[uvw]。晶向指数代表相互平行的一组晶向。数字相同符号相反的两个晶向指数，表示平行而反向的两组晶向。对于晶向上原子排列状况相同而空间方位不同的各组晶向可归为一个晶向族。在立方晶格中，指数相同的晶面与晶向彼此是互相垂直的。4.晶带、晶面间距和晶面夹角（1）晶带晶带：平行于某一轴向的所有晶面均属于同一个晶带晶带轴晶带指数晶带定律：hu+kv+lw=0晶带指数计算:若已知（h1k1

4、l1)(h2k2l2)u=k1l2_k2l1v=l1h2_l2h1w=h1k2_h2k12.晶面间距的计算立方晶系：3.晶面夹角的计算立方晶系：组织：指用肉眼或光学显微镜、电镜观察到的内部构造的图象。如晶粒、晶界、相及组成物。结构：利用射线分析等方法测得的原子间相互关系及排列方式。如晶体结构。相：合金中具有相同化学成分、相同晶体结构并有明显界面分开的均匀部分。是组织基本组成部分。相变：相与相之间的转变二、衍射理论概述1.衍射现象存在某种位向关系的二个或二个以上的相干波相互叠加引起的物理现象2.X射线衍射大量的原子散射波相互干涉的结果3.衍射花样的特征1）衍射方向：

5、衍射线在空间的分布规律由晶胞的大小、形状和位向决定2）衍射线强度：取决于原子种类及原子在晶胞中的位置4.应用（1）若作为衍射光栅的晶体结构已知，可用来测定X射线波长，确定产生X射线的物质的组成元素X射线光谱分析（2）用已知波长的X射线在晶体上的衍射，可测定晶体的点阵常数晶体结构分析三、X射线衍射方向1.布拉格方程的导出X射线照射到原子面中，所有原子的散射波在原子面反射方向上的相位是相同的，是干涉加强方向n—反射级数—掠射角，半衍射角；2—衍射角X射线衍射与可见光反射主要区别：（1）所有原子散射波干涉的结果；（2）在若干个特殊角度可见；（3）X射线衍射强度很小。

6、2.布拉格方程的讨论（1）选择反射只有满足布拉格方程的才可能发生反射（2）产生衍射的极限条件晶体一定时，2d，但也不宜过小，否则太小，使衍射现象难以观察一定时d>/2，所以晶体中产生的衍射线条数是有限的（3）反射级数n设某一晶面（hkl)产生n级衍射，则可将其看成是衍射面(HKL)的一级衍射令dHKL=dhkl/n则—X射线晶体学中通用的布拉格方程（HKL）—干涉指数，衍射指数（4）布拉格方程的应用1）已知，测，计算d，确定晶体周期结构——晶体结构分析2）已知d，测，计算，确定靶材组成元素、含量——X射线光谱分析3、衍射方向（1）衍射方向与晶体

7、结构的关系1）简单立方Sin2或（1/d2)比例数列=（H2+K2+L2)比例序列2）简单四方晶系3）简单正交晶系4）简单六方(2)讨论1）晶体所属晶系不同，对于同指数的点阵面，其衍射线的方向（2)不同。也就是说不同晶系或点阵参数不同的晶体，它们的衍射线在空间的分布规律不同，即衍射花样不同。结论：衍射线分布规律由晶胞的形状和大小决定2）对于立方晶系，Sin2或（1/d2)的比例数列是整数比例数列，由此可判断被测物质是否具有简单立方点阵结构。按(H2+K2+L2)增加的顺序写出其（HKL）：(100),(110),(111),(200)…,1:2:3:4:6:

8、8:9…四