晶體對(duì)X射線的衍射

內(nèi)容提綱固體物質(zhì)對(duì)x射線的吸收和散射晶體對(duì)x射線的衍射衍射方向衍射強(qiáng)度第二講晶體對(duì)x射線的衍射1x射線與物質(zhì)相互作用

Interactionbetweenxraysandsolidsubstances

過程復(fù)雜，就能量轉(zhuǎn)換而言：透射X射線相干的非相干的散射X射線熱能吸收熒光X射線俄歇效應(yīng)

光電效應(yīng)X射線的吸收X射線的散射2X射線的吸收

通過物質(zhì)時(shí)，X射線能量轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰慷p損耗。邊界條件：X=0,I=I0衰減的程度與所經(jīng)過物質(zhì)中的距離成正比線吸收系數(shù)

單位厚度的物體對(duì)x射線的吸收，與吸收體密度成正比。質(zhì)量吸收系數(shù)單位質(zhì)量的物體對(duì)x射線的吸收3μm與原子序數(shù)和波長

x射線的波長愈長，或吸收體的原子序數(shù)愈大，x射線越容易被吸收。K為常數(shù)習(xí)題：試計(jì)算Cu靶Ka線經(jīng)過10-3厘米厚的銅薄片和鉛薄片，強(qiáng)度各減弱多少？已知：4計(jì)算舉例：試問Cu靶Ka線經(jīng)過10-3厘米厚的銅薄片和鉛薄片，強(qiáng)度各減弱多少？已知對(duì)于x=10-3厘米的銅薄片：對(duì)于x=10-3厘米的鉛薄片：強(qiáng)度減弱1-0.623=37.7%強(qiáng)度減弱1-0.065=93.5%5化合物和固溶體

Compoundandsolidsolution元素吸收系數(shù)與其質(zhì)量分?jǐn)?shù)乘積之和物相定量分析的基礎(chǔ)SiO2對(duì)CuKa線質(zhì)量吸收系數(shù)計(jì)算舉例：原子量： Si28.09，O16.0；質(zhì)量吸收系數(shù)： Si60.6，O11.5（查表）已知?jiǎng)tSiO2質(zhì)量吸收系數(shù)=(28.09*60.6+16*11.5)/(28.09+16.0)=34.45cm2/g6一個(gè)電子的散射-偏振因子e：電子電荷m：質(zhì)量c：光速I0ROP2X射線的散射

物質(zhì)－－原子－－電子公式討論射線散射強(qiáng)度與散射角2有關(guān).2＝0或2＝π時(shí)最大，比垂直原入射方向的強(qiáng)度（2＝π/2時(shí)）大一倍偏振因子：7一個(gè)原子的散射ScatteredbyAtomAandBForwardDirection(XX’):Nopath(phase)differenceSumamplitudes:twice相干散射OtherDirection(YY’):Outofphaseif(CB-AD)notnλWaveamplitudeslessthanXX’非相干散射8定義原子散射因子：f表示原子在特定方向的散射效率衍射角為0時(shí)（同相位）：高角情況下（存在相位差）：一個(gè)原子的散射9除散射角影響外，在散射角相同時(shí)還與入射波長有關(guān)。入射波長如何影響f

？Forafixedvalueofθ,fissmallerforshorter-walvelengthradiation.原子的散射因子100

0.5

1

1.5

210

8

6

42

0

2(sin)/(?-1)

atomicscatteringfactorf(s)

oxygencarbon

hydrogenf相當(dāng)于散射X射線的有效電子數(shù)，f<Z

，稱為原子的散射因子。隨2(sin)/變化原子散射因子影響因素11緊密排列多原子散射

ScatteredbycloselyspacedatomsThescatteredwavebyeachatominterfere（干涉）Ifthewavesfromeachatomareinphase,thenconstructiveinterferenceoccurs（相長干涉）Ifthewavesare180outofphase,thendestructiveinterferenceoccurs（相消干涉）Adiffractedbeam

（衍射束）isdefinedasabeamcomposedofalargenumberofsuperimposedscatteredwaves.Scattering,interfereanddiffraction原子緊密排列的規(guī)律性對(duì)散射的影響？12相干散射X射線被物質(zhì)中的電子散射，產(chǎn)生在各方向產(chǎn)生與入射X射線同頻率的電磁波。新的散射波之間發(fā)生的干涉現(xiàn)象稱為相干散射。X射線衍射技術(shù)的基礎(chǔ)衍射現(xiàn)象是散射的一種特殊表現(xiàn)。是相干散射波互相干涉加強(qiáng)的結(jié)果。非相干散射－－增加連續(xù)背影散射小結(jié)13AtomsarrangementinCrystalsandamorphous晶體可衍射x射線?！14晶體對(duì)x射線的衍射

發(fā)現(xiàn)與啟示15光柵衍射和晶體對(duì)x射線的衍射楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)光柵衍射晶體對(duì)x射線的衍射1617(1)

一定時(shí)，若變化,

則將怎樣變化？一楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)－－19世紀(jì)初1718(2)一定時(shí),條紋間距與的關(guān)系如何？實(shí)驗(yàn)觀察到，隨縫寬的增大，干涉條紋變模糊，最后消失．18光柵衍射光柵常數(shù)：d=a+b，在可見光范圍內(nèi)，d一般在1/1000～1/500mmP點(diǎn)每條縫－單縫衍射；N條縫的單縫衍射相干疊加。光柵衍射是單縫衍射和多縫干涉的總效果。光柵方程：θ為衍射角，

k為多縫干涉主極大級(jí)數(shù)19平行光一維光柵二維光柵二維正交光柵多元光柵組成的彩虹薄膜不同光柵衍射圖20晶體學(xué)進(jìn)展1784年，法國結(jié)晶學(xué)家奧伊(Hauy)提出晶體結(jié)構(gòu)理論－晶胞學(xué)說；1848年，法國結(jié)晶學(xué)家布拉維(AugusteBravais)確定了14種空間點(diǎn)陣型式－空間點(diǎn)陣學(xué)說。由松克（LeonardSolmeke，1879年)、費(fèi)多羅夫(Federow)和申夫利斯(Schoenflies，1891年)進(jìn)一步完善。從奧伊和布拉維的時(shí)代起，礦物學(xué)家便根據(jù)原子的空間點(diǎn)陣的簡(jiǎn)單排列直觀地解釋了結(jié)晶學(xué)的基本定律，即有理指數(shù)定律。但這個(gè)理論仍是一個(gè)待商榷的假設(shè)。在慕尼黑大學(xué)的研究所里都陳放著松克的空間點(diǎn)陣模型。P·格羅特是慕尼黑一位礦物學(xué)教授，他贊同上述理論，勞厄從那里到很多東西，因此他很早就確信原子的真實(shí)性。2122勞厄?qū)嶒?yàn)（1912）物理學(xué)最美的實(shí)驗(yàn)－一箭雙雕23愛因斯坦在他寄去的明信片上寫道:“親愛的勞厄先生，忠心祝賀您驚人的成功，您的實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)中最漂亮的實(shí)驗(yàn)之一?！?4啟示科學(xué)背景楊氏實(shí)驗(yàn)十九世紀(jì)初，ThomasYangdiedin1829,66yearsbeforethediscoveryofXrays1895.光學(xué)衍射現(xiàn)象已經(jīng)非常清楚，（光柵衍射），并且知道波動(dòng)一旦遇到一組間隔相等的散射體，而這些散射中心的周期數(shù)量級(jí)又與波動(dòng)的波長相同時(shí)，便會(huì)發(fā)生衍射。與光柵衍射可見光相似。此前1912年以前，雖有人估計(jì)x射線時(shí)波長為1－2A的電磁波；也有人假設(shè)晶體是有原子以數(shù)A距離周期重復(fù)排列構(gòu)成；但是都沒有得到證明。討論時(shí)的靈感思維，啟發(fā)他設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。知識(shí)背景和積累；1902年夏進(jìn)入柏林大學(xué)，在勞厄選擇博士論文題目時(shí)，普朗克建議他做’“平行板干涉現(xiàn)象的理論”。25中國航天之父錢學(xué)森永垂不朽!教育是科學(xué)、人文、藝術(shù)的統(tǒng)一嚴(yán)謹(jǐn)、嚴(yán)肅、嚴(yán)格、嚴(yán)密“四嚴(yán)”學(xué)術(shù)精神人類思維除邏輯、抽象等思維外，還存在靈感思維。

科學(xué)巨匠：美譽(yù)如海偉大愛國者：“最光輝的，是愛國主義精神，為國奉獻(xiàn)的精神?！苯逃遥邯?dú)具戰(zhàn)略眼光、創(chuàng)新思維、卓越組織管理才能2627晶體的晶格常數(shù)d與X光的波長同數(shù)量級(jí)（0.001～1nm），把晶體作為X射線的三維立體光柵，晶體的每一個(gè)格點(diǎn)都稱為相干波源，不同晶面干涉有極大條件為：

2dsinθ＝nλ

（n＝1，2，3，…）

2dsinq=nl布拉格方程（BraggEquation）d－－晶面間距（晶體晶格常數(shù)）