X射线衍射基本原理副本.pptx
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《X射线衍射基本原理副本.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《X射线衍射基本原理副本.pptx(43页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、一、一、X X射线衍射理论射线衍射理论1.1 1.1 X射线衍射波的形成射线衍射波的形成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。n干涉的波程差干涉的波程差暗纹暗纹明纹明纹K为整数为整数第1页/共43页 原子或离子中的电子原子或离子中的电子受迫振动。受迫振动。振动着的电子振动着的电子成为次生成为次生X射射线的波源,向线的波源,向外辐射与入射外辐射与入射X射线同频率射线同频率的电磁波,称的电磁
2、波,称为为散射波散射波。入射X射线X射线衍射波的形成模型射线衍射波的形成模型第2页/共43页1.2X射线衍射基本特征射线衍射基本特征nX射线学是以射线学是以X射线在晶体中的衍射现象为基础的,衍射波具有两个射线在晶体中的衍射现象为基础的,衍射波具有两个基本特征基本特征:衍射方向衍射方向和和衍射强度衍射强度。n衍射衍射方向方向、强度强度、线型线型包含了大量的物质包含了大量的物质结构信息结构信息。衍射方向衍射方向 决定于晶体的决定于晶体的点阵类型点阵类型、点阵常数点阵常数、晶面指数晶面指数和和X射射线线波长波长。衍射强度衍射强度 与上述因素有关外还决定于构成晶体各与上述因素有关外还决定于构成晶体各元
3、素的性质元素的性质和和原子在晶胞中的位置原子在晶胞中的位置。衍射线型衍射线型 反映了晶体内部的反映了晶体内部的缺陷缺陷。第3页/共43页1.3X射线衍射方向基本方程射线衍射方向基本方程CO=-RlS0OD=RlS衍射加强条件:衍射加强条件:Rl(SS0)=有有:ko=(2/)S0k=(2/)S得得:Rl(kk0)=2 CRlD衍射线单位基矢衍射线单位基矢SOA入射线单位基矢入射线单位基矢S01.Laue方程方程前提条件:前提条件:X射线源、观测射线源、观测点与晶体的距离点与晶体的距离都比晶体的线度都比晶体的线度大的多,大的多,入射线和衍射线入射线和衍射线可看成平行光线;可看成平行光线;散射前后
4、的波长散射前后的波长不变不变,且为单色。且为单色。第4页/共43页2.Bragg方程方程 A TASd入射线与反射线之间的光程差如下:入射线与反射线之间的光程差如下:=SA+AT=2dsin 满足衍射条件的方程:满足衍射条件的方程:2dsin =n (n=1,2,3.)(hkl)第5页/共43页式中:n任意整数,称为衍射级数;d为(hkl)晶面的晶面间距;特征X射线的波长;半衍射角(2叫衍射角),也叫Bragg角。2dsin=n 入射线记录装置2反射面法线衍射角掠角2dhklsin=式中式中dhkl=d/n它是干涉面的面间距,它是干涉面的面间距,任何一组任何一组的晶面的的晶面的n级衍射都有一组
5、干涉面的一级衍射级衍射都有一组干涉面的一级衍射与之对应。与之对应。n变形式:布拉格实验装置示意图第6页/共43页n产生衍射的极限条件:产生衍射的极限条件:对于衍射而言,对于衍射而言,衍射级数衍射级数n的最小值为的最小值为1,所以在任何可观测的衍射角下,所以在任何可观测的衍射角下,产生衍射的条件为:产生衍射的条件为:2d。又因为若又因为若n=1。所以要产生衍射,必须有。所以要产生衍射,必须有d/2X衍射分析的下限衍射分析的下限即只有晶面间距大于即只有晶面间距大于/2的晶面才能发生衍射,对于晶面距的晶面才能发生衍射,对于晶面距d/2的晶面,即的晶面,即使衍射角增大到使衍射角增大到90,相邻两个界面
6、的光程差扔不到一个波长,从而不能发,相邻两个界面的光程差扔不到一个波长,从而不能发生衍射。如果生衍射。如果/2d趋近于趋近于1时,由于半衍射角时,由于半衍射角 太小不易观察,因此,实际使用的入射线波长通常是与晶面间距相近的即d。(值得注意的是,布拉格方程是值得注意的是,布拉格方程是X射线在晶体产生衍射的射线在晶体产生衍射的必要条件必要条件而非充而非充分条件。)分条件。)2dsin=n(n=1,2,3)第7页/共43页n布拉格方程布拉格方程的推导的推导是基于以下几个是基于以下几个合理假设合理假设:晶体是理想的完整的,不考虑晶体是理想的完整的,不考虑缺陷缺陷和和热振动热振动;忽略忽略X射线通过界面
7、时的射线通过界面时的折射折射;透过晶体内的透过晶体内的X射线只经过一个原子的散射;射线只经过一个原子的散射;入射线是波长一定的入射线是波长一定的平行光平行光,从光源到晶体表面的距离以及晶体表面,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。且被照射的晶体的体积也是相对无穷大。第8页/共43页1.4Bragg方程的讨论方程的讨论n Bragg方程描述了“选择反射”的规律,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。n“衍射”的概念:晶体
8、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。n 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(用描述)与晶体结构(用d表示)之间的关系。n衍射的本质是晶体中大量原子的散射线之间干涉的结果。n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。第9页/共43页1.5X射线衍射与可见光反射的区别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射线的衍射是由入射线在晶体中所经过的路径上的所经过的路径上的所
9、有原子散射波所有原子散射波干涉的结果干涉的结果;可见光的反射是在其表层上产生,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仅发生在两种介质的界面上;单色单色X射线的衍射只在满足布拉射线的衍射只在满足布拉格方程的若干个格方程的若干个特殊角度上产生特殊角度上产生;可见光的反射可以在可见光的反射可以在任意角度任意角度上产上产生;生;入射入射X射线光射线光只有只有1%的能量转化的能量转化为衍射光,其余均转化为热能为衍射光,其余均转化为热能;可见光在良好的镜面上反射,其可见光在良好的镜面上反射,其反反射效率可以接近射效率可以接近100%;由由Bragg实验装置示意图可以看出实验装置示意图可以看
10、出X射线的衍射现象与可见光的反射射线的衍射现象与可见光的反射现象有诸多相似,所以人们习惯把现象有诸多相似,所以人们习惯把X射线的衍射称之为射线的衍射称之为X射线的反射,射线的反射,但二者实际上有本者的区别但二者实际上有本者的区别。第10页/共43页1.6X射线的衍射方向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,对于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,对于立立方晶系方晶系,其,其晶面间距公式晶面间距公式为:为:上式代入
11、布拉格方程上式代入布拉格方程2dsin=得:得:(1)(2)公式公式(2)就是晶格常数为就是晶格常数为a的的hkl晶面对波长为晶面对波长为的的X射线的衍射方向公射线的衍射方向公式式。该公式表明,。该公式表明,衍射方向决定于晶胞的大小和形状衍射方向决定于晶胞的大小和形状。换言之,。换言之,通过测定通过测定衍射束的方向就可以测出晶胞的尺寸和形状衍射束的方向就可以测出晶胞的尺寸和形状。第11页/共43页1.7晶系类型对晶系类型对X射线衍射方向的影响射线衍射方向的影响n从布拉格方程可以看出,在波长一定的情况下,从布拉格方程可以看出,在波长一定的情况下,衍射线方向是衍射线方向是晶面间距晶面间距d的函数的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 射线 衍射 基本原理 副本
![提示](https://www.taowenge.com/images/bang_tan.gif)
限制150内