第二章晶体中的衍射精选文档.ppt

第二章晶体中的衍射本讲稿第一页，共十五页19世纪末，物理学的天空，猛然闪出了三道金色的闪电，这三道闪电就是：1895年伦琴发现的X射线；1896年柏克勒尔发现的天然放射性；1897年汤姆生发现的电子，正所谓一年一道闪电，道道辉煌灿烂。本讲稿第二页，共十五页以 这著名的三大发现作为坚实的基础，人们又进一步研究发现了原子的可变性的大量化学同位素。与此同时，人类认识也开始长驱直入到原子核内部。原子不可分的神 话被毫不留情地打破，为现代电子技术这座摩天大楼夯下了厚重的基础。这三大发现是科学技术从19世纪进入20世纪的隆隆礼炮，它庄严地宣告：科学技术新时 代来到了。本讲稿第三页，共十五页新物理学完全可以说是从1895年，德国的伦琴（18451923）教授发现了X射线时开始的。本讲稿第四页，共十五页特点：波长介于 紫外线 和 射线 间的电磁辐射。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现，故又称伦琴射线。波长小于0.1埃的称超硬X射线，在0.11埃范围内的称硬X射线，110埃范围内的称软X射线。X射线：本讲稿第五页，共十五页实验室中X射线由X射线管产生，X射线管是具有阴极和阳极的真空管，阴极用钨丝制成，通电后可发射热电子，阳极（就称靶极）用高熔点金属制成（一般用钨，用于晶体结构分析的X射线管还可用铁、铜、镍等材料）。用几万伏至几十万伏的高压加速电子，电子束轰击靶极，X射线从靶极发出。电子轰击靶极时会产生高温，故靶极必须用水冷却，有时还将靶极设计成转动式的。本讲稿第六页，共十五页本讲稿第七页，共十五页法国物理学家德布罗意（1892）在1924年提出一个假说，指出波粒二象性不只是光子才有，一切微观粒子，包括电子波粒二象性不只是光子才有，一切微观粒子，包括电子和质子、中子，都有波粒二象性和质子、中子，都有波粒二象性他把光子的动量与波长的关系式p ph/h/推广到一切微观粒子上，指出：具有质量具有质量m m 和速和速度度v v 的运动粒子也具有波动性，这种波的波长等于普朗克恒量的运动粒子也具有波动性，这种波的波长等于普朗克恒量h h 跟粒子动量跟粒子动量mv mv 的比的比 即即 h/h/（mvmv）这个关系式后来就叫做德布罗意公式 X射线的短波极限 0 由加速电压V决定：0=hc/(ev)本讲稿第八页，共十五页应用：X射线具有很强的穿透力，医学上常用作透视检查，工业中用来探伤。长期受X射线辐射对人体有伤害。X射线可激发荧光、使气体电离、使感光乳胶感光，故X射线可用电离计、闪烁计数器和感光乳胶片等检测。晶体的点阵结构对X射线可产生显著的衍射作用，X 射线衍射法已成为研究晶体结构、形貌和各种缺陷的重要手段。本讲稿第九页，共十五页电子衍射电子衍射 electron diffraction 当电子波(具有一定能量的电子)落到晶体上时，被晶体中原子散射，各散射电子波之间产生互相干涉现象。晶体中每个原子均对电子进行散射，使电子改变其方向和波长。在散射过程中部分电子与原子有能量交换作用，电子的波长发生变化，此时称非弹性散射；若无能量交换作用，电子的波长不变，则称弹性散射。在弹性散 射过程中，由于晶体中原子排列的周期性，各原子所散射的电子波在叠加时互相干涉，散射波的总强度在空间的分布并不连续，除在某一定方向外，散射波的总强度 为零。本讲稿第十页，共十五页多晶金电子衍射花样本讲稿第十一页，共十五页中子衍射中子衍射热中子流被固体、液体或气体中的原子散射引起的衍射现象，用于研究物质（金属）的微观结构。本讲稿第十二页，共十五页中子衍射的特点：中子衍射的特点：中子与物质中原子的相互作用有其特点:当X射线或电子流与物质相遇产生散射时，主要是以原子中的电子作为散射中心，因而散射本领随物质的原子序数的增加而增加，并随衍射角的增加而降低。中子流不带电，与物质相遇时，主要与原子核相互作用，产生各向同性的散射，且散射本领和物质的原子序数无一定的关系。本讲稿第十三页，共十五页中子的磁矩和原子磁矩（即电子和原子核的自旋磁矩和轨道磁矩的总和）有相互作用，其散射振幅随原子磁矩的大小和取向而变化。本讲稿第十四页，共十五页布拉格方程：根据图示，干涉加强的条件是：式中：n为整数，称为反射级数；为入射线或反射线与反射面的夹角，称为掠射角，由于它等于入射线与衍射线夹角的一半，故又称为半衍射角，把2 称为衍射角。反射面法线本讲稿第十五页，共十五页