多晶二维X线衍射.doc

《多晶二维X线衍射.doc》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、第五章多晶二维X射线衍射【教学内容】1．布拉格定律和二维X射线衍射设备。2．二维X射线衍射技术的特点及应用。3．深度（取向）分辨的立体XRD谱。【重点掌握内容】1．布拉格定律和二维X射线衍射设备。2．二维X射线衍射技术的特点及应用。【了解内容】深度（取向）分辨的立体XRD谱。【教学难点】二维X射线衍射技术的特点。【教学目标】1．了解二维衍射的基本原理，掌握二维衍射技术。2．学会运用STD技术进行薄膜物相分析和厚度测定。3．学会利用立体XRD谱分析物相纵深变化和取向性，测定界面粗糙度。【教学方法】以多媒体课堂教学为主，并通过一定的习题练习，使学生了解二维衍射的基本原理，掌握二维衍射技术，学

2、会运用STD技术进行薄膜物相分析和厚度测定。第一节引言一、实空间多晶X射线衍射术概要牛顿对光学的发展迄今已300多年，而他的定律、思想和方法仍然具有重大的意义，并服务于人类。自伦琴发现X射线百年以来，X射线晶体学的发展就是证明明，换言之，X射线晶体学是在牛顿光学的基础上发展起来的。本书旨在根据X射线二重性的本质，以及作用于晶体物质发出衍射X射线的现象，综合近百年来多晶X射线衍射分析的实践，发展一些普遍规律，据此提出二维X射线衍射理论模型。该模型以一套四位一体的数学方程组的形式表现出来，将这套模型用于多晶衍射分析，有效地克服了目前习惯采用的衍射分析方法的局限性。依据之套数学模型对各种已有的

3、实验发现（包括衍射设备和方法）作合理的归纳和解释，从而使衍射分析步入新阶段。二、X射线服从光学的四大定律X射线是一种波长很短的电磁波，即光波，遵守光学现象的四个基本定律，光的直线传播定律，诸光束的独立性定律，光从镜面上反射的定律以及光在两种媒质界面上折射的定律。对于这些定律的进一步研究表明，第一，这些定律具有远比乍看起来要深刻得多的意义；第二，这些定律的应用是有限制的，它们只不过是近似的定律而已。诸基本定律对X射线的具体应用条件和范围的确定，表明了对X射线衍射本质认识的重大进步。1．X射线的直线传播定律光的直线传播定律，可以看作是牢固地建立在实验基础上的定律。例如，医学上X射线透视与光学

4、上小孔成像的道理一样，在点光源的照射下，物体的轮廓和它的影子之间的关系，相当于用直线所做的几何投影。但是如果改用很小的孔，例如，小孔直径接近X射线波长，则X射线的直线传播定律便失去效力。这种违反直线传播定律的现象，称为X射线衍射。研究表明，X射线衍射是按波动的规律运行的，在一台精密的X射线衍射仪（光学仪器）系统中，X射线的直线传播和衍射两种现象都会发生，对于这两种现象的研究，就构成了X射线衍射（仪）的光学基础。利用几何光学的诸定律，不仅可以用纯数学的方法，而且还可以归纳成一些作图方法来解决光在X射线衍射设备中的传播和衍射花样的形成问题。无论是计算也好，作图也好，都可以得到令人满意的结果。

5、这就说明了实际总是上我们可以利用几何光学的简便原理，在X射线衍射设备中，X射线的传播方向和光能的方向相一致。2．诸X射线束的独立性定律利用光阑，可以把一束X射线通量分成许多个别的光束。这些被分出的X射线束的作用是相互独立的，即个别光束所产生的效应，和是否有其他的光束同时发生作用无关。例如，光从一大片景物射到照相机的镜头上，镜头（窗口）尽管挡住了一部分光束的通路，但并没有改变其余光束所给出的像。在X射线衍射实验中，来自不同晶粒的衍射线达到探测器时，强度永远是相加的，其合成强度（“像”）反映了发出衍射线的晶粒结构特征。对X射线束之间的相干性和非相干性叠加的研究，构成了X射线衍射强度的理论基础

6、。3．X射线的反射定律反射（衍射）X射线、反射晶面法线和入射X射线在同一平面（即三线共面）上，并且反射线和反射晶面的夹角与入射线和反射晶面夹角相等，这就是著名的布拉格定律所规定的。布拉格定律是一切X射线衍射的基本理论，需要指出的是，X射线的三线共面与光学中的三线共面的意义不同。光学中的三线共面是指反射线、反射面的法线和入射线在同一平面上，这里的反射面通常指试样表面；本书基于这种差别，导出被观测晶平面方位角方程。方位角方程是晶体取向性研究的基本方程之一。4．X射线的折射定律入射线、折射线与分界面法线在同一平面上。可见光在不同介质中，其传播速度不同，而X射线在介质中的传播速度近似等于可见光在

7、真空中的传播，其折射率小于或近似等于1，所以在X射线衍射分析中，通常不考虑X射线折射现象。三、实空间X射线晶体学研究1913年，Ewald根据Gibbs的倒易空间观念，提出了倒易点阵的概念以及反射球的构造方法。目前仍广泛用于X射线衍射学中，这对于解释各种衍射现象，曾起到极为有益的作用。但是，如果把反射球、倒易球以及由此演化出来的极图法用来解释晶体学中的许多问题，例如取向、织构等问题时，则显得费时旨力，有时甚至得不到预期的结果。本书基