《X射线和单晶衍射》PPT课件

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1、第四章X-射线晶体学基础和粉末/单晶衍射技术材料：结构决定性能……物质的性质、材料的性能决定于它们的组成和微观结构。如果你有一双X射线的眼睛，就能把物质的微观结构看个清清楚楚明明白白！X射线衍射将会有助于你探究为何成份相同的材料，其性能有时会差异极大.X射线衍射将会有助于你找到获得预想性能的途径。衍射分析技术的发展简史与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单内容X射线的本质和产生衍射方向衍射强度粉晶衍射原理和衍射图的应用单晶解析软件介绍和操作示范1、X射线的本质和产生X射线的本质是电磁辐射，X射线是一

2、种电磁波，波长比可见光短，介于紫外与γ射线之间,λ=0.01-100Å。X射线具有波粒二象性,即波动性和粒子性。解释它的干涉与衍射时，把它看成波，而考虑它与其他物质相互作用时，则将它看成粒子流，这种微粒子通常称为光子。晶体结构测定的X射线用于晶体结构测定的X射线波长约50-250pm，与晶体内原子间距大致相当。这种X射线，通常在真空度约10－4Pa的X射线管内，由高压加速的电子冲击阳极金属靶产生，以Cu靶为例，当电压达35-40KV时，X光管内加速电子将Cu原子最内层的1S电子轰击出来，次内层2S、2P电子

3、补入内层，2S、2P电子能级与1S能级间隔是固定的，发射的X射线有某一固定波长，故称为特征射线，特征X射线波长特征X射线波长与靶材料原子序数有关，原子序数越大，核对内层电子引力上升，λ下降常用的靶材有Cu靶，Mo靶和Fe靶。同步辐射X射线源同步辐射X射线源在电子同步加速器或电子储存环中，高能电子在强大的磁偏转力的作用下作轨道运动时，会运动的切线发射出一种极强的光辐射，称为同步辐射，其波长范围在0.1—400Ǻ左右。其特点是强度高，单色性好，比通常的X射线管所发出的X射线约大105倍左右。X射线与物质的相互作

4、用X-射线的衍射当一束X射线照射到晶体上时，首先被电子所散射，每个电子都是一个新的辐射波源，向空间辐射出与入射波同频率的电磁波。可以把晶体中每个原子都看作一个新的散射波源，它们各自向空间辐射与入射波同频率的电磁波。由于这些散射波之间的干涉作用，使得空间某些方向上的波则始终保持相互叠加，于是在这个方向上可以观测到衍射线，而另一些方向上的波则始终是互相是抵消的，于是就没有衍射线产生X射线在晶体中的衍射现象，实质上是大量的原子散射波互相干涉的结果。X射线衍射理论所要解决的中心问题:在衍射现象与晶体结构之间建立起定

5、性和定量的关系衍射花样晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子的分布规律。概括地讲，一个衍射花样的特征，可以认为由两个方面的内容组成：一方面是衍射线在空间的分布规律（又称衍射几何），衍射线的分布规律是晶胞的大小、形状和位向决定的。另一方面是衍射线束的强度，衍射线的强度则取决于原子的品种和它们在晶胞中的位置。TheNobelPrizeinPhysics1901"fortheirtheories,developedindependently,concerningthecourseofchemicalreact

6、ions"WilhelmConradRoentgenGermanyMunichUniversityMunich,Germany1845-1923伦琴1901年获诺贝尔物理奖W.C.(WilhelmConradRoentgen1845——1923)1845年3月27日生于德国莱茵省勒奈普市。1869年在苏黎世大学获哲学博士学位，并留校任教。1872年——1879年先后在斯特拉斯堡大学，霍恩海姆农学院、吉森大学等校任教，1888年起任维尔茨堡大学教授及物理所所长，后任校长。1896年成为柏林和慕尼黑科学院通讯

7、院士，1900——1920年任慕尼黑物理所所长，1923年2月10日逝世。主要成就：从1876年开始研究各种气体比热，证实气体中电磁旋光效应存在。1888年实验证实电介质能产生磁效应，最重要在1895年11月8日在实验中发现：当克鲁克斯管接高压电源，会放射出一种穿透力极强的射线，他命名为X射线。X射线在晶体结构分析，金相材料检验，人体疾病透视检查即治疗方面有广泛应用，因此而获得1901年诺贝尔物理奖。伦琴二、衍射几何讨论衍射几何的方程有Laue(劳埃)方程和Bragg（布拉格）方程。前者从一维点阵出发，后者

8、从平面点阵出发，两个方程是等效的。1、Laue方程两相邻散射线发生增强干涉现象的条件为光程差是波长的整数倍：实际上以a作为轴线，和a呈φa角的圆锥面的各个方向均满足这一条件。以直线点阵为出发点，是联系点阵单位的3个基本矢量a,b,c以及X射线的入射和衍射的单位矢量s0和s的方程，其数学形式为：a·(s-s0)=hλa(cosα-cosα0)=hλb·(s-s0)=kλb(cosβ-cosβ0)=kλc·(s-s0