材料分析方法之材料射线衍射分析.ppt

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1、材料分析方法第一部分材料X射线衍射分析主要内容：X射线的性质X射线的产生及X射线谱X射线与物质的相互作用第一章X射线的物理基础第一章X射线的物理基础1901年首位诺贝尔物理奖获得者1895年德国物理学家伦琴（Röntgen,W.C.）发现X射线（伦琴射线），产生、传播和穿透力等性能X射线是电磁波?粒子流？争议?早期应用（发现后半年）：骨折诊断和定位/铸件探伤X射线透视技术引言（X射线谱发展历史）伦琴拍摄的世界上第一张X射线照片（伦琴夫人的手机戒指）探讨X射线本质的研究基础1911年，劳埃—光波通过光栅的衍射理论研究1911年，爱瓦尔德—可见光通过晶体的衍射行为1908年，佩兰—解决了准确测定阿

2、伏加德罗常数。可计算晶体中一个原子或分子所占空间的体积及粒子间的距离。两种假说X射线是电磁波，应具有衍射现象?晶体具有空间点阵结构（规则排列）？无法证实！！劳埃提出晶体可以作为X射线的天然立体衍射光栅1912年劳埃设想被初步证实CuSO4·5H2O晶体为光栅，获得了第一张X射线衍射图弗里德里克和克尼平实验开辟了两个研究领域解决三大问题X射线是波长很短的电磁波晶体内部结构的周期性利用X射线衍射效应研究晶体结构X射线光谱学X射线晶体学推测出x射线的波长和晶体中的原子间距数量级相同劳厄实验晶体中原子排列成有规则的空间点阵，原子间距为10-10m的数量级，与X射线的波长同数量级，可以利用晶体作为天然光

3、栅。1912年劳厄的实验装置在乳胶板上形成对称分布的若干衍射斑点，称为劳厄斑。劳厄实验证明了X射线的波动性，同时还证实了晶体中原子排列的规则性。劳厄（M.V.Laue，1879-1960）德国物理学家，发现X射线的衍射现象，从而判定X射线的本质是高频电磁波。1914年，他因此获得诺贝尔物理学奖金。布拉格父子（W.L.Bragg，子、W.H.Bragg，父）英国物理学家，在利用X射线研究晶体结构方面作出了巨大的贡献，奠定了X射线谱学及X射线结构分析的基础。他们因此而于1915年共同获得诺贝尔物理学奖金。X射线的发现和广泛应用是廿世纪科学发展中最伟大成就之一，围绕X射线进行科研工作的科学家获诺贝尔

4、奖的就有近卅人之多。与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单§1-1X射线的性质波长：紫外线和射线之间特点：1、在电磁场中不发生偏转；2、穿透力；3、波长较短的电磁波，范围在0.01nm~10nm之间；4、对人体有伤害。§1-1X射线的性质X射线本质是电磁波磁场分量电场分量A忽略沿y轴传播的波长λX射线波的方程表示为：A=A0cos2π(y/λ-νt)A0—电场强度振幅，ν–频率（c/λ）c–光速；t–时间（1-1）§1-1X射线的性质以φ表示相位，即φ=2π（y/λ)，令ω=2πνA=A0cos（φ-ωt）当t=0时，则（1-1）可写成（1-2）（1-2）指数形式为A=A0ei(φ-

5、ωt)A=A0eiφeiφ---相位因子X射线波动性粒子性-显著-光量子流光量子动能E=hν=hc/λ动量P=h/λ=hν/c§1-2X射线的产生及X射线谱AK高压1895年伦琴发现，高速电子撞击某些固体时，会产生一种看不见的射线，它能够透过许多对可见光不透明的物质，对感光乳胶有感光作用，并能使许多物质产生荧光，这就是所谓的X射线或伦琴射线。X射线谱连续射线谱（标识射线谱）特征射线谱XXX原子内壳层电子跃迁产生的一种辐射和高速电子在靶上骤然减速时伴随的辐射，称为X射线。管电压管电流阳极靶原子序数一、连续X射线谱1、实验规律2、产生机理连续性？swl？Imax-m?∞？经典电动力学量子理论

6、强度随波长连续变化管压U增大（i，Z不变），各波长X射线强度提高，短波限swl和强度最大值m减小管流i增大（U一定，Z不变)各波长X射线强度提高，swl与m不变靶材的原子序数Z越高（U，i不变）各波长X射线强度越大，swl与m保持不变二、特征X射线谱1）由若干互相分离且具有特定波长的谱线组成；2）强度大大超过连续谱线的强度并迭加于连续谱线之上；3）谱线波长不随X射线光管的工作条件（电压和电流）而变，只决定于阳极靶物质的原子序数1、实验规律当U≥UK时，在连续谱上特定波长出现出现一系列强度很高、波长范围很窄的线状光谱，称为特征谱或标识谱2、产生机理KK3、X射线的应用莫塞莱

7、定律：特征X射线的频率或波长只取决于阳极靶物质的原子能级结构，而与其他外界因素无关。1914年，莫塞莱总结发现了这一规律，并因此获得诺贝尔物理奖莫塞莱定律成为X射线荧光光谱分析和电子探针微区成分分析的理论基础§1-3X射线与物质的相互作用X射线到达物质表面后的能量将分为三大部分，即吸收、透射、散射能量。一、X射线的透射系数和吸收系数l称线吸收系数e-t称透射系数X射线强度随透入深度的变化m-