x射线衍射基本原理 - 副本ppt课件

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1、X射线衍射（XRD）主讲：周夏恒组员：黄雅竟、黄飞跃樊悦悦、周双华一、X射线衍射理论1.1X射线衍射波的形成X射线照射到晶体上，与晶体内部束缚较紧的电子相遇时，电子受迫振动并发射出与X射线波长相同的相干散射波。由于晶体内各原子呈周期性排列，因此各原子所产生的散射波之间存在固定的相位差而产生干涉作用，于某些方向上加强而在另一些方向上减弱，从而形成了衍射波。干涉的波程差暗纹明纹K为整数原子或离子中的电子——受迫振动。振动着的电子成为次生X射线的波源，向外辐射与入射X射线同频率的电磁波，称为散射波。入射X射线X射线衍射波的形成模型1.2X射线衍射基本特征X射线学是以X射线在晶体中的衍射

2、现象为基础的，衍射波具有两个基本特征：衍射方向和衍射强度。衍射方向、强度、线型包含了大量的物质结构信息。衍射方向——决定于晶体的点阵类型、点阵常数、晶面指数和X射线波长。衍射强度——与上述因素有关外还决定于构成晶体各元素的性质和原子在晶胞中的位置。衍射线型——反映了晶体内部的缺陷。1.3X射线衍射方向基本方程CO=-Rl·S0OD=Rl·S衍射加强条件：Rl·（S－S0）=有：ko=(2/)S0k=(2/)S得：Rl·（k－k0）=2CRlD衍射线单位基矢SOA入射线单位基矢S01.Laue方程前提条件：X射线源、观测点与晶体的距离都比晶体的线度大的多，入射线和衍

3、射线可看成平行光线；散射前后的波长不变,且为单色。2.Bragg方程A’TASd入射线与反射线之间的光程差如下：=SA’+A’T=2dsin满足衍射条件的方程：2dsin=n(n=1,2,3….)（hkl）布拉格方程的推导是基于以下几个合理假设：晶体是理想的完整的，不考虑缺陷和热振动；忽略X射线通过界面时的折射；透过晶体内的X射线只经过一个原子的散射；入射线是波长一定的平行光，从光源到晶体表面的距离以及晶体表面到探测器的距离相对于X射线的波长和晶体的点阵常数是无穷大，而且被照射的晶体的体积也是相对无穷大。1.4Bragg方程的讨论Bragg方程描述了“选择反射”的规律

4、，其方向是各原子面反射线一致加强的方向即满足Bragg方程的方向。“衍射”的概念：晶体的原子在X射线波场的激发下向四周发出相干散射波，这些散射波在多数方向上因位向不同而相消，在某些方向上因位向相同而相长。这种相消相长的干涉现象就叫衍射。Bragg方程是X射线在晶体中产生衍射的必要条件，它反映了衍射线方向（用θ描述）与晶体结构（用d表示）之间的关系。衍射的本质是晶体中大量原子的散射线之间干涉的结果。产生衍射的两个基本条件：必须有能够产生干涉的波动即要有X射线；必须有周期性的散射中心即晶体中相对位置固定的原子。1.5X射线衍射与可见光反射的区别X射线的衍射是由入射线在晶体中所经过的路

5、径上的所有原子散射波干涉的结果；可见光的反射是在其表层上产生，仅发生在两种介质的界面上；单色X射线的衍射只在满足布拉格方程的若干个特殊角度上产生；可见光的反射可以在任意角度上产生；入射X射线光只有1%的能量转化为衍射光，其余均转化为热能；可见光在良好的镜面上反射，其反射效率可以接近100%；由Bragg实验装置示意图可以看出X射线的衍射现象与可见光的反射现象有诸多相似，所以人们习惯把X射线的衍射称之为X射线的反射，但二者实际上有本者的区别。1.6X射线的衍射方向对于一种晶体而言，总有相应的晶面间距表达式。因此将布拉格方程与晶面间距公式联系起来就可以得到该晶系的衍射方向表达式。例如

6、，对于立方晶系，其晶面间距公式为：上式代入布拉格方程2dsin=得：(1)(2)公式(2)就是晶格常数为a的{hkl}晶面对波长为λ的X射线的衍射方向公式。该公式表明，衍射方向决定于晶胞的大小和形状。换言之，通过测定衍射束的方向就可以测出晶胞的尺寸和形状。1.7晶系类型对X射线衍射方向的影响从布拉格方程可以看出，在波长一定的情况下，衍射线方向是晶面间距d的函数。对于不同的晶系有：立方系：正方系：斜方系：六方系：由此可见，不同晶系的晶体或者同一晶系而晶胞大小不同的晶体，其衍射花样是不相同的。因此，布拉格方程可以反映出晶体结构中品胞大小及形状的变化。1.8X射线的衍射强度概念：X

7、射线衍射强渡，在衍射仪上反映的是衍射峰的高低（或积分强度），在照片底片上则反应为黑度。严格定义就是单位时间内通过与衍射方向垂直的单位面积上的X射线光量子数目。鉴于它的绝对值的测量既困难又无实际意义，所以，衍射强度往往用同一衍射图中各衍射线强度（积分强度或峰高）的相对比值，即相对强度来表示。多晶体的X射线衍射强度公式如下：余下的各个因素对相对衍射强度的影响结构因子表达式其三角函数形式如下：点阵类型对结构因子的影响ZXYZXYZXY3）面心点阵（F）ZXY当h、k全奇或全偶时F=2f