第二章_X射线衍射分析21教材ppt课件.ppt

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1、X射线衍射分析（基础与应用）X-rayDiffraction(XRD)Analysis(FoundationsandApplications)现代材料分析测试方法-I高媛第一节X射线的发生与性质伟大的物理学家,X射线发现者-----伦琴X射线：未知数W.C.RontgenX射线最早的应用在X射线发现后几个月医生就用它来为病人服务右图是纪念伦琴发现X射线100周年发行的纪念封伦琴李鸿章在X光被发现后仅7个月就体验了此种新技术，成为拍X光片检查枪伤的第一个中国人。1.1引言1895年德国物理学家---“伦琴”发现X射线1895-1897年

2、伦琴搞清楚了X射线的产生、传播、穿透力等大部分性质1901年伦琴获诺贝尔奖（第一人）1912年劳埃进行了晶体的X射线衍射实验，第一次将X射线和晶体结构联系起来。一方面证明了X射线是一种波，另一方面开创了用X射线研究晶体结构的新领域。1912年，英国物理学家布拉格父子利用X射线衍射方法测定了NaCl晶体结构，并推导出布拉格方程，开始了X射线晶体结构分析的历史；1916年，德拜（Debye）、谢乐（Scherrer）提出“粉末法”；1928年，盖革（Geiger）首先用记录器来记录X射线，导致X射线衍射仪的产生；目前X射线广泛地应用于医学

3、、工程、材料、宇航事业上。例如：可进行人体探伤，晶体结构分析、无损探伤等。布拉格及其所用的试验装置历史上影响最大的10个实验X射线的系列实验霍奇金是研究X射线衍射技术的先驱者，她利用X射线衍射技术技术成功的揭示了复杂的化学药品——青霉素的结构。1928年，科学家亚历山大发现了这种杀菌药品，科学家们致力于提纯该药品以便研究出一种可行的治疗方法。通过测绘青霉素原子的3D排列图，霍奇金研究出了新的青霉素合成方法，为医生们治疗感染带来了新的希望。 之后，霍奇金采用同样的技术，研究明白了维生素B12的结构。她在1964年获得了诺贝尔化学奖。利用

4、x射线对细小晶体进行结构分析1.2X射线的本质人的肉眼看不见X射线，但X射线能使气体电离，使照相底片感光，能穿过不透明的物体，还能使荧光物质发出荧光。X射线呈直线传播，在电场和磁场中不发生偏转；当穿过物体时仅部分被散射。X射线对动物有机体（其中包括对人体）能产生巨大的生理上的影响，能杀伤生物细胞。X射线的特性X射线的本质是电磁辐射，与可见光完全相同，仅是波长短而已，因此其同样具有波粒二象性。(1)波动性(2)粒子性X射线具有波粒二相性波动性X射线的波长范围(图1-1)10~0.001nm用于晶体结构分析0.25~0.05nm用于金属探

5、伤0.1~0.005用于光刻5~0.4nmX射线是一种本质与可见光相同的电磁波，所以具有类似于可见光、电子、质子、中子等的性质—波粒二象性。从波动性的角度看，X射线是一个随时间变化的正弦式振荡电场。X射线在空气中传播速度为光速C=υλE硬X射线：波长较短的硬X射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。软X射线：波长较长的软X射线能量较低，穿透性弱，可用于非金属的分析。X射线波长的度量单位常用埃（Å）表示；通用的国际计量单位中用纳米（nm）表示，它们之间的换算关系为：1nm=10Å粒子性特征表现为以光子形式辐射和

6、吸收时具有的一定的质量、能量和动量。表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如光电效应；二次电子等。X射线的频率、波长λ及其光子的能量ε、动量p之间存在如下关系：式中h——普朗克常数，等于6.625×J.s;c——X射线的速度，等于3.0×m/s.相关习题：1.试计算波长0.71Å（Mo-Kα）和1.54Å（Cu-Kα）的X射线束，其频率和每个量子的能量？解答习题解答X光与可见光的区别1)X光不折射，因为所有物质对X光的折光指数都接近1。因此无X光透镜或X光显微镜。2)X光无反射。3)X光可为重元素所吸收，故可用于医学造影。1.3X射

7、线的产生及X射线管X射线的产生：由于X-Ray是高能电磁波，必由高能过程产生。X射线是高速运动的粒子（一般用电子）与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。(1)产生原理(2)产生条件(3)X射线管(4)过程演示1.3X射线的产生及X射线管产生原理X射线是高速运动的粒子（一般用电子）与某种物质（阳极靶）相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1％左右）能量转变为X射线，而绝大部分（99％左右）能量转变成热能使物体

8、温度升高。产生X射线条件1.产生自由电子；2.使电子作定向的高速运动（阴极阳极间加高电压）;3.在其运动的路径上设置一个障碍物（阳极靶）使电子突然减速或停止。X射线管封闭式X射线管阳极阴极——发射电子。一般由钨丝制成，通