x射线衍射原理ppt课件

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1、第五章X射线衍射原理第一节衍射方向第二节衍射强度1衍射理论是一切物相分析的理论基础，每种晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分配规律。衍射分析包括X射线衍射、电子衍射、中子衍射。X射线衍射分析物相较为简单快捷，适用于多相体系综合分析。2晶体中原子散射波之间相互作用，在某些方向相消干涉，在某些方向相干加强，形成可以检测的散射波。产生X射线衍射过程：入射X射线照射晶体；电子受迫振动向四面八方散射，不同方向散射强度不同；原子中各电子散射波之间相互作用，在某些方向相消干涉，在某些方向相干加强，形成原子散射波；3衍射的本质：晶体中各原子相干散射波叠加（合成）的结果。衍射波的两个基本特征：衍射线

2、（束）在空间分布的方位（衍射方向）和强度。它们与晶体内原子分布规律（晶体结构）密切相关。4第一节衍射方向51912年劳埃（M.Van.Laue）用连续X射线照射五水硫酸铜（CuSO4·5H2O）获得世界上第一张X射线衍射照片，并由光的干涉条件出发，导出描述衍射线空间方位与晶体结构关系的公式（称劳埃方程）。晶体底片铅屏X射线管6一张最有智慧的照片9一、布拉格方程实验结果：当X射线以某些角度入射时，记录到反射线，其它角度入射，则无反射－－选择反射。1.布拉格实验X射线照射过程中，记录装置与样品台以2:1的角速度同步装动。散射角（衍射角）2：入射线方向与散射线方向之间的夹角。掠射角或布拉格角1

3、02相对强度112.布拉格方程的导出考虑到：①晶体结构的周期性，可将晶体视为由许多相互平行且晶面间距（d）相等的原子面组成；②X射线具有穿透性，可照射到晶体的各个原子面上；③光源及记录装置至样品的距离比晶面间距d数量级大得多，故入射线与反射线均可视为平行光。12布拉格将X射线的“选择反射”解释为：入射的平行光照射到晶体中各平行原子面上，原子面各自产生的相互平行的反射线间的干涉作用导致了“选择反射”的结果。13两相邻面（A1与A2），反射线光程差=ML+LN=2dsin；干涉一致加强的条件为=n，即设一束平行的X射线（波长）以角照射到晶体中晶面指数为（hkl）的各原子面上，各原

4、子面产生反射。式中：n——任意整数，称反射级数，d为（hkl）晶面间距，即dhkl。2dsin=n布拉格方程14产生衍射的极限条件根据布拉格方程1)能够被晶体衍射的X射线的波长必须小于参与反射的晶面中最大晶面间距的2倍。一般晶体的晶面间距在0.1-1nm之间，因此常用X射线的波长在0.05-0.25nm之间。2)同时，，说明只有晶面间距大于入射X射线波长的一半时，这些晶面才能产生衍射。利用这个关系，可判断哪些晶面能产生衍射以及产生衍射晶面的数目。X射线产生衍射的极限条件151、a－Fe的晶面间距由大到小分别为0.202nm（110），0.117nm（211），0.090nm（310），

5、0.076nm（321）。如果用波长为0.194nm的铁靶产生的Ka射线照射，则几个晶面能产生衍射？思考题：2、要使某个晶体的衍射数量增加，你选长波的X射线还是短波的？163.布拉格方程的讨论（1）描述了“选择反射”的规律：产生“选择反射”的方向是各原子面反射线干涉一致加强的方向，即满足布拉格方程的方向。（2）表达了反射线空间方位（）与反射晶面间距（d）及入射线方位（）和波长（）的相互关系。（3）在材料的衍射分析工作中，“反射”与“衍射”作为同义词使用。“衍射“是本质；”反射“是为了描述方便。17（4）布拉格方程由各原子面散射线干涉条件导出，即视原子面为散射基元。原子面散射是该原子面

6、上各原子散射相互干涉（叠加）的结果。单一原子面的反射δ＝QR－PS=PQcosθ－PQcosθ＝018（5）干涉指数表达的布拉格方程在X射线分析中，并不严格区分干涉指数和晶面指数。19(111)晶面的1级、2级和3级衍射线的布拉格角分别为：13.67°，28.24°，45.20°(222)晶面的1级衍射线的布拉格角为：28.24°(333)晶面的1级衍射线的布拉格角为：45.20°用CuKα辐射NaCl晶体试样202相对强度211、当波长为λ的X射线照射到晶体并出现衍射线时，相邻两个（hkl）反射线的波程差是多少？相邻两个（HKL）反射线的波程差又是多少？2、一面心立方晶体（Al），a=

7、0.405nm，用Cu-Kα（λ=1.54Å）X射线照射，问晶面(111)能产生几条衍射线（即几级反射）？能否使(440)晶面产生衍射？思考题：22（6）衍射产生的必要条件：“选择反射”即“反射定律+布拉格方程”。即当满足此条件时有可能产生衍射；若不满足此条件，则不可能产生衍射。对比：晶体对X射线的“选择反射”与可见光的镜面反射有什么不同？23（7）衍射方向与晶体结构的关系由晶面间距公式和布拉格方程得：立方晶系斜方(正交