最新X射线衍射晶体法应用简介.教学讲义ppt课件.ppt

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1、X射线衍射晶体法应用简介.第一节X射线衍射原理一、X射线的产生X射线和普通的光谱一样也是一种电磁波，1895年德国科学家伦琴在研究阴极射线是发现了X射线。用于测定晶体结构的X射线波长为50～250pm(0.5–2.5Å)，与晶面间距相当，因而可发生衍射(相干散射)。衍射实验所用的x射线通常是在真空度为10-4Pa的X射线管内，由高压(30~60kV)加速的电子冲击阳极金属靶面时产生。金属靶为高纯金属，例如钼或铜，所产生的X射线被相应称为钼靶或铜靶X射线。图1封闭式X光管“白色”X射线-由于电子动能的不同，在金属靶上的穿透深度不同，电子动能变

2、化值不同，产生的各种波长不同的混合射线。其波长与靶的金属性质无关。(连续谱)特征X射线－高速电子把阳极材料中原子内层电子激发，再由激发态跃迁到内层所发射的特定波长X射线，它不仅具有很大的强度，而且其谱峰很窄。其波长由原子的能级决定。(标志谱)a·(S-So)=hh=0、±1、±2、…劳埃方程a(cos―coso)=hh=0、±1、±2、…衍射指标h的整数性决定了衍射方向的分立性三角函数式矢量式直线点阵上衍射圆锥的形成推广到三维a·(S–So)=ha(cos-coso)=hb·(S–So)=k或b(cos-coso)=k

3、c·(S–So)=lc(cos-coso)=l其中h,k,l=0、±1、±2、…满足Laue方程的方向即为衍射方向。空间点阵中衍射线S的形成三个方向直线点阵的衍射圆锥交成衍射线S，衍射方向由衍射指标hkl表征.注意：(1)决定了空间衍射的方向,其方向由衍射指标hkl确定，衍射方向的分裂性,反映在衍射谱图上则表现为分裂的点或线。(2)衍射指标hkl与晶面指标(h*k*l*)不同,前者为任意整数,确定衍射方向,而后者为互质的整数,表示一组晶面,关系为:h=nh*,k=nk*,l=nl*即为整数倍关系二、布拉格(Bragg)方程空间点阵看成是

4、由互相平行且间距相等的一系列平面点阵,平面点阵对特定的衍射是一个等程面。=MB+BM=2dh*k*l*sinhkl=2dh*k*l*sinnh*nk*nl*2dh*k*l*sinnh*nk*nl*=nn=1,2,3,…..2dhklsinnh*nk*nl*=Bragg方程的讨论(1)对平面点阵(h*k*l*),入射角满足=arcsin(/2d)才能发生衍射,即当只有与入射线成角的平面才能发生衍射(2)反射定理不是对所有平面点阵都满足,即只有平面点阵(h*k*l*)与衍射方向hkl满足:h=nh*,k=nk*,l=nl*时才能

5、发生(Bragg方程的使用范围)如:对于(110)面,只有110,220,330,等衍射对于(100)面,只有100,200,300,等衍射(3)衍射方向与晶胞参数相关,对于立方晶系a=b=c,Bragg方程可写成:因此,只要测得某衍射方向的衍射角,就可求得晶胞参数。第三节衍射强度与晶胞中原子的分布一、衍射强度电子在X-射线的照射下，会受迫振动，从而发生散射-----相干散射(相位和波长不变)(1)一个电子的衍射:设：入射强度为I0,在p点的散射强度Ie电子对X-射线的散射RI0Ie2θpOThomson公式：(2)一个原子的衍射:由于各电

6、子散射在同一方向的位相不同,将会发生干涉,而使其散射强度有所减弱f称为原子散射因子(scateringfactor),它相当于原子散射X射线的有效电子数，相当于把f个电子集中于一点时所散射X射线的应有强度。它反映原子散射的本领大小。f

7、Fhkl

8、称为结构振幅,相当于晶胞中在衍射方向上散射X射线的有效电子数,它与原子散射因子(原子的种类)(f),数目(N)和分布(x,y,z)有关。设晶胞中含有N个原子，原子Ai的散射因子为fi，Ai对原点的分

9、数坐标为xi,yi,zi,则有：衍射强度正比于结构振幅的平方，即式中：K为与晶体大小、入射光强度、温度、晶体对X射线的吸收等物理因素有关的修正系数。二、系统消光systematicabsence在晶体中存在带心点阵形式、滑移面和螺旋轴时,就会出现系统消光,即有许多衍射有规律地、有系统地不出现,衍射强度为0。衍射指标类型消光条件消光解释带心型式和对称元素记号hklh＋k＋l＝奇数h＋k＝奇数h＋l＝奇数k＋l＝奇数h，k，l奇偶混杂－h＋k＋l不为3的倍数体心点阵C面带心点阵B面带心点阵A面带心点阵面心点阵R心点阵ICBAFR（六方晶胞）0klk

10、＝奇数l＝奇数k＋l＝奇数k＋l不为4的倍数(100)滑移面，滑移量b/2c/2(b＋c)/2(b＋c)/4bcnd00ll＝奇数l不为3的倍数l不为