X射線衍射發(fā)現(xiàn)與其歷史意義

X射線衍射發(fā)現(xiàn)與其歷史意義第一頁(yè)，共56頁(yè)。X射線衍射的發(fā)現(xiàn)及其歷史意義

紀(jì)念勞埃發(fā)現(xiàn)晶體X射線衍射100周年MaiZhenhongInstituteofPhysicsChineseAcademyofSciences第二頁(yè)，共56頁(yè)。X射線的發(fā)現(xiàn)X射線衍射的發(fā)現(xiàn)

晶體X射線衍射的發(fā)現(xiàn)

布拉格方程的創(chuàng)立幾點(diǎn)啟迪X射線衍射發(fā)現(xiàn)的深遠(yuǎn)影響

對(duì)中國(guó)的影響

對(duì)自然科學(xué)發(fā)展的影響

誕生了X射線波譜學(xué)開(kāi)拓了結(jié)構(gòu)化學(xué)誕生了X射線晶體學(xué)催生了材料科學(xué)Outline第三頁(yè)，共56頁(yè)。InapublicpollbytheScienceMuseuminLondon:whatisthemostsignificantscientificinvention?(1909-2009)第四頁(yè)，共56頁(yè)。第五頁(yè)，共56頁(yè)。DiscoveryofX-ray?8Nov.1895W.K.RontgenPhysicalInstitute,UniversityofWurzburg第六頁(yè)，共56頁(yè)。Crookestube第七頁(yè)，共56頁(yè)。?22Dec.hand

of

FrauRontgen?

28Dec.Firstpaper“EineNeueArtvonStrahlen”

“一種新的射線----初步報(bào)告”維茨堡物理學(xué)醫(yī)學(xué)會(huì)會(huì)刊?5Jan.1896“X-raydiscoveredbyRontgen”

維也納新聞報(bào)?

23JanAlbervonKollikersuggested

RontgenrayFirstNobelprizeforPhysics100yaers

tensNobelprizewinners第八頁(yè)，共56頁(yè)。X射線的本質(zhì)是不清楚的粒子學(xué)說(shuō)認(rèn)為是穿透性很強(qiáng)的中性微粒波動(dòng)學(xué)說(shuō)認(rèn)為是波長(zhǎng)較短的電磁波倫琴在著名的第一篇通訊中寫(xiě)道:“我已經(jīng)按很多方法檢測(cè)X射線的干涉現(xiàn)象;但不幸的是,沒(méi)有成功,也許僅僅是由于它們的微弱強(qiáng)度.”德國(guó)的畢爾脫(B.Walter)與波爾(R.Pohl)獲得了

X射線通過(guò)楔形光闌的照片,美國(guó)巴克拉關(guān)于X射線偏振的研究,都有利于波動(dòng)學(xué)說(shuō)。第九頁(yè)，共56頁(yè)。晶體X-ray衍射的發(fā)現(xiàn)馬克斯·馮·勞厄（MaxvonLaue)，德國(guó)物理學(xué)家,1879年10月5日生于柯布倫茨附近的普法芬多夫，1960年4月23日在柏林逝世。在青少年時(shí)期就顯示出對(duì)自然科學(xué)的興趣，在斯特拉斯堡中學(xué)時(shí)，一位數(shù)學(xué)教師把亥姆霍玆的通俗科學(xué)講演集介紹給他，他和兩位同學(xué)一起在一位熱心的教師家里作過(guò)當(dāng)時(shí)剛為W.K.倫琴發(fā)現(xiàn)的X射線實(shí)驗(yàn)。先后就讀于斯特拉斯堡、格丁根、慕尼黑和柏林幾所大學(xué)，聽(tīng)過(guò)D.希耳伯特、M.普朗克等大師的課。1904年他在普朗克指導(dǎo)下博士論文

《平行平面板上的干涉現(xiàn)象的理論》，隨后留校做普朗克的助教。1909年到慕尼黑大學(xué)任教索末菲手下的一個(gè)講師

第十頁(yè)，共56頁(yè)。慕尼黑大學(xué)中有理論物理教授索末菲，發(fā)現(xiàn)X射線的物理學(xué)教授倫琴和著名的晶體學(xué)家羅格（Groth）。勞厄負(fù)責(zé)索末菲編纂《數(shù)學(xué)科學(xué)百科全書(shū)》中“波動(dòng)光學(xué)”條目勞厄研究晶格理論當(dāng)時(shí)晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)還是一種假設(shè)，他堅(jiān)決站在原子論一邊，反對(duì)某些哲學(xué)家懷疑原子存在的觀點(diǎn)。勞厄不止一次地提到：如果不確信原子的存在，他永遠(yuǎn)也不會(huì)想到利用X射線透射的方法來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

勞厄的發(fā)現(xiàn),除了他本人具備堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ),敏銳的洞察能力以及當(dāng)時(shí)勞厄所在的慕尼黑大學(xué)高水平的學(xué)術(shù)研究環(huán)境等因素外,還直接得益于與艾瓦爾德(P.P.Ewald)的一次談話。第十一頁(yè)，共56頁(yè)。艾瓦爾德(P.P.Ewald)生于1888年1月23日德國(guó)柏林卒于1985年8月22日美國(guó)紐約當(dāng)時(shí)艾瓦爾德是索末菲(A.Sommerfeld)

的學(xué)生,1910年確定論文題目為“各向同性的諧振子作各向異性排列時(shí)對(duì)光學(xué)性質(zhì)的影響”,

企圖從微觀上解釋晶體為什么會(huì)產(chǎn)生雙折射。當(dāng)時(shí)量子力學(xué)尚未問(wèn)世,他將普朗克和洛倫茲的經(jīng)典色散理論推廣到各向異性的周期結(jié)構(gòu)中,考慮電磁波與倒空間點(diǎn)陣排列的諧振子之間相互作用和傳播,這是數(shù)學(xué)上和物理上難度很大的問(wèn)題。1912年1月艾瓦爾德的論文大體就緒,但有些結(jié)果把握不大,他去請(qǐng)教當(dāng)時(shí)在光學(xué)理論方面聲譽(yù)很高的勞厄第十二頁(yè)，共56頁(yè)。波動(dòng)光學(xué)是19世紀(jì)物理學(xué)的重要成就之一,干涉和衍射是波動(dòng)的兩個(gè)主要特征,勞厄?qū)⒁痪S光柵的衍射理論推廣到二維光柵。與艾瓦爾德討論中,當(dāng)艾瓦爾德談及他的理論和通常色散理論的差異在于諧振子是排列成有規(guī)律的點(diǎn)陣。勞厄追問(wèn),有何根據(jù)?艾瓦爾德回答,晶體被認(rèn)為具有這種內(nèi)部的規(guī)律性。勞厄再問(wèn)諧振子的間距有多大,艾瓦爾德說(shuō)比可見(jiàn)光波長(zhǎng)小得多,也許只有1/500～1/1000,確切值不知道。勞厄反復(fù)思考原來(lái)的問(wèn)題并問(wèn),假如有波長(zhǎng)很短的光通過(guò)晶體將有什么結(jié)果?艾瓦爾德說(shuō):“論文中第6段的公式7

給出各個(gè)諧振子發(fā)生的波的疊加,在推導(dǎo)過(guò)程沒(méi)有簡(jiǎn)化或近似處理,因此對(duì)波長(zhǎng)短的情況也適用。只要對(duì)此特殊情況進(jìn)行討論就行了。我把這個(gè)公式抄給你,你可研究這個(gè)問(wèn)題。”談話后艾瓦爾德忙于交論文,準(zhǔn)備答辯。第十三頁(yè)，共56頁(yè)。1912年得知?jiǎng)诙騒射線衍射實(shí)驗(yàn)后，重新看給勞厄的公式，發(fā)現(xiàn)只要用1/a,1/b,1/c作一種格子的平移周期(倒格子)，再做一個(gè)與入射X射線波長(zhǎng)有關(guān)的球(反射球)，就可解釋衍射的幾何關(guān)系。1992年國(guó)際晶體學(xué)會(huì)非周期晶體學(xué)術(shù)委員會(huì)建議的晶體的定義：“能給出明確衍射圖的固體”。

就是倒空間的衍射而不用正空間

中的結(jié)構(gòu)確定晶體的定義。1849年布拉維提出14種空間格子時(shí)討論過(guò)倒易概念艾瓦爾德再發(fā)現(xiàn)，功不可沒(méi)。第十四頁(yè)，共56頁(yè)。7

一戰(zhàn)他投筆從戎，問(wèn)及專業(yè)，X射線衍射理論，被分配到東線野戰(zhàn)醫(yī)院沖洗X射線透視底片。1916年?yáng)|線無(wú)大戰(zhàn)事，閑極無(wú)事，在野戰(zhàn)醫(yī)院重操舊業(yè)。1916-1917發(fā)表X射線衍射動(dòng)力學(xué)理論二戰(zhàn)后積極提倡建立國(guó)際晶體學(xué)，主編《晶體學(xué)報(bào)》，為晶體學(xué)發(fā)展很大貢獻(xiàn)。衍射幾何學(xué)和X射線衍射動(dòng)力學(xué)理論的貢獻(xiàn)應(yīng)獲諾貝爾獎(jiǎng)1985艾瓦爾德去逝后，設(shè)艾瓦爾德獎(jiǎng)獎(jiǎng)勵(lì)在X射線衍射動(dòng)力學(xué)理論作出重要貢獻(xiàn)科學(xué)家第十五頁(yè)，共56頁(yè)。晶體X-ray衍射的發(fā)現(xiàn)通過(guò)與艾瓦爾德討論,勞厄醞釀一個(gè)實(shí)驗(yàn):把晶體當(dāng)作三維光柵,讓一束X射線穿過(guò),由于空間光柵的間距與

X射線波長(zhǎng)的估計(jì)值在數(shù)量級(jí)上近似,可期望觀察到衍射譜。勞厄這個(gè)想法,受到索末菲和維恩等著名物理學(xué)家的懷疑,他們認(rèn)為晶體中原子的熱騷動(dòng)將會(huì)破環(huán)晶格的規(guī)律性,導(dǎo)致破壞任何衍射現(xiàn)象。倫琴也自發(fā)現(xiàn)X射線名揚(yáng)四海后顯得小心謹(jǐn)慎。第十六頁(yè)，共56頁(yè)。

P.Knipping倫琴研究生W.Friedrich索未菲助手1912年4月中,第一次實(shí)驗(yàn)把底片放置在硫酸銅晶體和X射線之間曝光數(shù)小時(shí)后無(wú)結(jié)果

第二次實(shí)驗(yàn)把底片放在晶體后面,類似透射光柵終于在底片上觀察到在透射斑點(diǎn)附近有一些粗大的、橢圓形的斑點(diǎn)勞厄意識(shí)到這個(gè)發(fā)現(xiàn)的重要性,決定3人簽名寫(xiě)一份材料并與底片一起密封起來(lái)現(xiàn)存于慕尼黑市的德意志博物館第十七頁(yè)，共56頁(yè)?！皬?912年4月21日起,簽字人(弗里德里希、克里平、勞厄)曾從事X射線穿透晶體實(shí)驗(yàn),指導(dǎo)思想是晶體的晶格會(huì)產(chǎn)生干涉,因?yàn)榫Ц癯Ａ看蠹s是猜測(cè)的X射線波長(zhǎng)的10倍。存檔的53號(hào)及54號(hào)底片為證。

照射物質(zhì)：硫酸銅曝光時(shí)間：30min；軟X射線管電流：2mA

底片與晶體間的距離：53號(hào)30mm；54號(hào)60mm

光闌3(直徑1.5mm)的距離：50mm

光源到晶體的距離：350mm

實(shí)驗(yàn)裝置示意圖：(略)索末菲知道后,也意識(shí)到這個(gè)發(fā)現(xiàn)的重大意義,于

1912年5月4日將上述材料密封上報(bào)巴伐利亞科學(xué)院,以確保他們?cè)诎l(fā)現(xiàn)X射線晶體衍射的優(yōu)先權(quán)。第十八頁(yè)，共56頁(yè)。勞厄把二維光柵衍射理論推廣到三維光柵情況,得到了描述晶體衍射的勞厄方程

a(cosα0-cosα)=hλb(cosβ0-cosβ)=kλc(cosγ0-cosγ)=lλ索末菲出資買閃鋅礦晶體和測(cè)角頭，弗里德里希等進(jìn)一步改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)裝置,數(shù)周后,獲得ZnS、PbS、NaCl等晶體的

X射線衍射清晰四重對(duì)稱衍射圖。6月8日和7月6日他們合寫(xiě)的論文“X射線的干涉現(xiàn)象——理論部分,勞厄;實(shí)驗(yàn)部分,弗里德里希、克里平”，另一

篇是由勞厄單獨(dú)具名“X射線干涉現(xiàn)象理論的定量證明”提交巴伐利亞科學(xué)院，后在學(xué)報(bào)上發(fā)表，勞厄自己于1912年6月8日向柏林物理學(xué)會(huì)作了這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的報(bào)告第十九頁(yè)，共56頁(yè)。解決了當(dāng)時(shí)科學(xué)上兩大難題?晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)具有周期性

?X射線具有波動(dòng)性,其波長(zhǎng)與晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)周期同一數(shù)級(jí)

愛(ài)因斯坦稱勞厄的實(shí)驗(yàn)是“物理學(xué)最完美的實(shí)驗(yàn)”勞厄于1914年榮獲諾貝爾物理獎(jiǎng)25年后普朗克“1912年6月14日當(dāng)勞厄先生…..給我們看了他的第一批照片….聽(tīng)眾并未完全信服…但是當(dāng)看到ZnS典型勞厄圖后….每個(gè)聽(tīng)眾都認(rèn)識(shí)到一件偉大的事發(fā)生了…..”勞厄選了5個(gè)波長(zhǎng)標(biāo)定了ZnS四重對(duì)稱衍射斑點(diǎn)數(shù)，當(dāng)時(shí)是把X射線衍射與晶體結(jié)構(gòu)定量地聯(lián)系的一個(gè)重要進(jìn)展。一年后小布拉格指出其不正確第二十頁(yè)，共56頁(yè)。布拉格方程的創(chuàng)立勞厄等的ZnS晶體X射線衍射照片發(fā)表后不到一個(gè)月傳到英國(guó),引起布拉格父子的極大關(guān)注。老布拉格(W.H.Bragg)1862年7月2日生于坎伯蘭郡威格頓；1942年3月12

日卒于倫敦。1886年,他澳大利亞阿德萊德大學(xué)教授,1909年里茲大學(xué)物理系教授,堅(jiān)信X射線粒子學(xué)說(shuō)小布拉格(W.L.Bragg)

1890年3月31日生于澳大利亞阿德萊德市

1971年7月1日卒于英國(guó)伊普斯威奇。

22歲剛畢業(yè)于劍橋大學(xué),卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的研究生。第二十一頁(yè)，共56頁(yè)。1912年暑假,父子倆經(jīng)常討論勞厄的實(shí)驗(yàn),老布拉格試圖用粒子學(xué)說(shuō)解釋勞厄等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。小布拉格暑假結(jié)束回到劍橋后就開(kāi)始做X射線透過(guò)

ZnS晶體的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)底片與晶體的距離增大時(shí),衍射斑點(diǎn)變小。

晶面反射第二十二頁(yè)，共56頁(yè)。1912年10月導(dǎo)出布拉格方程

用連續(xù)X射線譜及布拉格方程標(biāo)定ZnS四重對(duì)稱衍射斑點(diǎn)，只有全奇或全偶的衍射才出現(xiàn)，并告父親老布拉格堅(jiān)持粒子學(xué)說(shuō)，認(rèn)為是X射線中伴有電磁波引起。第二十三頁(yè)，共56頁(yè)。為了照顧父親的意見(jiàn),小布拉格關(guān)于X射線衍射的第一篇文章取題為“TheDiffractionofshortElectromagneticWavesbyaCrystal”(晶體短電磁波衍射),于1912年11月11日在劍橋哲

學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)刊刊登。威爾遜(發(fā)明云霧室而獲得諾貝爾物理獎(jiǎng))得知上述結(jié)果后,建議用解理的云母做X射線反射實(shí)驗(yàn),因?yàn)榻饫砻婵偸窃用芘琶?。?shí)驗(yàn)結(jié)果增強(qiáng)了小布拉格的信心,斷然否定了老布拉格的粒子學(xué)

說(shuō)1913年1月《ScienceProgram

》雜志刊出第二篇論文“X-

rayandCrystal”,該文的摘要“ReflectionofX-ray”于1912

年12月12日在《自然》雜志刊出。老布拉格對(duì)小布拉格的結(jié)果興奮至極,不顧小布拉格要求等文章發(fā)表后再向外界透露的忠告,將這些結(jié)果寫(xiě)了兩篇短文,分別于

1912年10月24日及11月28日在《自然》雜志刊出。第二十四頁(yè)，共56頁(yè)。布拉格方程的創(chuàng)立

?標(biāo)志著X射線晶體學(xué)理論及其分析方程的確立,揭開(kāi)了晶體結(jié)構(gòu)分析的序幕

?為X射線光譜學(xué)奠定了基礎(chǔ)1915年布拉格父子榮獲諾貝爾物理獎(jiǎng)布拉格父子榮獲諾貝爾物理獎(jiǎng)是當(dāng)之無(wú)愧的,但也正是

這個(gè)大獎(jiǎng)使他們父子關(guān)系緊張起來(lái)。?小布拉格想恁兩篇論文確定他發(fā)明反射方程的優(yōu)先權(quán)，小布拉格第一篇論文投寄在先，但出版(1912年11月11日)在老布拉格第一篇(1912年10月24日)之后，而Nuture影響大。第二十五頁(yè)，共56頁(yè)。?小布拉格不無(wú)埋怨情緒地說(shuō)：“我父親在英國(guó)的Solvey會(huì)議中，在橫穿英國(guó)各地的講演中，在美國(guó)，宣講新的研究結(jié)果，而我則呆在家中。盡管我父親充分肯定我的貢獻(xiàn)，我還是有些煩惱”

這說(shuō)明小布拉格還在爭(zhēng)取確立他的優(yōu)先權(quán)。?一個(gè)是教授一個(gè)是無(wú)名小卒。認(rèn)為老布拉格謙虛寬容，愛(ài)子心切?由于沒(méi)有明確的文字記載證實(shí)是他而不是父子合作建立布拉格方程而苦惱終生。到臨終前給他的摯友佩魯茨(M.F.Perutz)的信中還道:“我希望你的兒子在許多方面做得比你好,這才是父子關(guān)系的最好基礎(chǔ)。第二十六頁(yè)，共56頁(yè)。老布拉格是位高超的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家

后一篇論文中寫(xiě)道:“現(xiàn)在的問(wèn)題不是在X射線的粒子和波動(dòng)兩種理論中確定哪一種,而是要找到一種包含兩者的理論?！辈痪?微觀粒子二象性的建立證實(shí)了老布拉格的非凡遠(yuǎn)見(jiàn)。設(shè)計(jì)并制造了X射線分光計(jì)，使X射線衍射定量化開(kāi)拓了X射線衍射學(xué)研究-----衍射儀的前身

發(fā)現(xiàn)了一些金屬元素L特征射線及吸收邊

-----X射線光譜學(xué)奠定基礎(chǔ)第二十七頁(yè)，共56頁(yè)。X射線發(fā)現(xiàn)的深遠(yuǎn)影響對(duì)中國(guó)的影響1911年為辛亥革命之年，勞厄的發(fā)現(xiàn)是在1912年，顯然在那個(gè)年代不會(huì)對(duì)中國(guó)產(chǎn)生什么影響

前輩胡剛復(fù)、葉企孫和吳有訓(xùn)先生分別于1918年、1924

年和1926年從美國(guó)學(xué)成回國(guó)，他們都做過(guò)X射線有關(guān)的研究，都很熟悉勞厄和布拉格父子的工作

我國(guó)第一代X射線晶體學(xué)家余瑞璜和陸學(xué)善以及回國(guó)較晚的盧嘉錫都是他們的弟子

唐有祺去美國(guó)加州理工學(xué)院主攻化學(xué)鍵本質(zhì)和X射線晶體學(xué)開(kāi)始對(duì)勞厄和布拉格的貢獻(xiàn)有所了解，1950年他的老師泡令（Pauling）介紹給德國(guó)的馬·普物理化學(xué)研究所所長(zhǎng)勞厄。1951年，回國(guó)途中經(jīng)過(guò)英國(guó)，去劍橋拜訪了布拉格又從英國(guó)去了瑞典的斯德哥爾摩，參加國(guó)際晶體學(xué)聯(lián)合會(huì)第二屆大會(huì)(勞厄和布拉格都出席了這次大會(huì))第二十八頁(yè)，共56頁(yè)。對(duì)自然科學(xué)發(fā)展的影響誕生了兩門嶄新的科學(xué)：X射線晶體學(xué),X射線波譜學(xué)晶體X射線衍射的發(fā)現(xiàn)使物理學(xué)中關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)從

宏觀進(jìn)入微觀,從經(jīng)典過(guò)渡到現(xiàn)代,發(fā)生了質(zhì)的飛躍。影響了整個(gè)有關(guān)固體的一切科學(xué)部門：固體物理學(xué)、固體化學(xué)、礦物學(xué)、土壤學(xué)、冶金學(xué)、分子生物學(xué)……誕生了X射線波譜學(xué)

老布拉格在測(cè)定X射線光譜的前驅(qū)性工作,

巴克拉發(fā)現(xiàn)了X射線散射過(guò)程中產(chǎn)生次級(jí)輻射,建立了元素的特征X射線,榮獲了1917年諾貝爾物理獎(jiǎng)

西格班發(fā)現(xiàn)一系列的元素特征X射線,確定了各元素的X射線譜,把X射線和元素結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系在一起,寫(xiě)成“X射線光譜學(xué)”一書(shū),開(kāi)創(chuàng)了X射線光譜學(xué)及元素的X射線分析領(lǐng)域榮獲1924年諾貝爾物理獎(jiǎng)已成為材料分析的重要工具第二十九頁(yè)，共56頁(yè)。開(kāi)拓了結(jié)構(gòu)化學(xué)1913年NaCl結(jié)構(gòu)的測(cè)定,使化學(xué)家明白,這些簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)化合物不存在分離的分子集團(tuán),而是由陰離子和陽(yáng)離子排列成規(guī)則的空間點(diǎn)陣構(gòu)成。1927年戈?duì)柕率┟芴?V.M.Goldschmidt)提出晶體化學(xué)定律鮑林(L.Pauling)測(cè)定一系列氨基酸和肽的晶體結(jié)構(gòu)，總結(jié)形成多肽鏈構(gòu)型的基本原則，獲得1954年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)Hodgkin測(cè)定生化物質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)B121964年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)50年代利普斯科姆(W.N.Lipscomb)利用晶體X射線衍射分析,

闡明了硼烷分子結(jié)構(gòu),并發(fā)展了這類化合物的化學(xué)鍵新理論。榮獲1976年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)13位結(jié)構(gòu)化學(xué)領(lǐng)域科學(xué)家榮獲諾貝爾獎(jiǎng)X射線衍射結(jié)構(gòu)分析成為的重要分析手段第三十頁(yè)，共56頁(yè)。直到19世紀(jì)晶體學(xué)對(duì)稱性理論的建立和發(fā)展也是以晶體形態(tài)學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)為依據(jù),但無(wú)法解釋少數(shù)不滿足有理指數(shù)定律的晶體,如調(diào)制結(jié)構(gòu)晶體。晶體X射線衍射發(fā)現(xiàn)

晶體結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)入原子排列的層次不僅可以解釋晶體形態(tài)學(xué)無(wú)法解釋的現(xiàn)象,還擴(kuò)大了研究對(duì)象,開(kāi)辟了新的研究領(lǐng)域。誕生了X射線晶體學(xué)

X射線衍射現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)以前,晶體學(xué)的研究停留在

晶體形態(tài)學(xué)的宏觀層次。第三十一頁(yè)，共56頁(yè)。上世紀(jì)60年代小布喇格曾回顧X射線晶體學(xué)五十多年來(lái)的發(fā)展,劃分作四個(gè)時(shí)期第一時(shí)期1912年到1920年。X射線的波長(zhǎng)確立了,一些簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)分析出來(lái)了,找到了一種

準(zhǔn)確測(cè)量X射線強(qiáng)度的方法,計(jì)算出完美晶體與嵌鑲晶體的反射強(qiáng)度,

而且認(rèn)識(shí)到,晶體的每一次衍射即相當(dāng)于晶體密度的一個(gè)傅立葉分支。

1916年德拜和謝樂(lè)、1917年赫耳各自獨(dú)立發(fā)明了X射線衍射的粉末法,

這個(gè)方法為此后研究微晶結(jié)構(gòu)建立了基礎(chǔ)。第三十二頁(yè)，共56頁(yè)。第二時(shí)期從1920年到1930年。X射線分析

被應(yīng)用到更復(fù)雜的晶體上去,特別是無(wú)機(jī)晶

體。原子散射因數(shù)概念建立,而且實(shí)際上加以計(jì)算及量度。離子半徑這個(gè)概念也建立起

來(lái)了。利用離子半徑及空間群的方法來(lái)測(cè)定

晶體結(jié)構(gòu),成為那個(gè)時(shí)期的一種通用方法。這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是,發(fā)展了精確衍射強(qiáng)度的

測(cè)量,在廣泛范圍內(nèi)得到一些復(fù)雜無(wú)機(jī)化合

物的結(jié)構(gòu)知識(shí),對(duì)它們的組成規(guī)律有了更深

一層的理解。第三十三頁(yè)，共56頁(yè)。第三時(shí)期1930年到1940年。二維傅里葉級(jí)數(shù)

的廣泛應(yīng)用，粉末法已進(jìn)人了一個(gè)成熟時(shí)期,

在合金結(jié)構(gòu)方面發(fā)揮很大的威力。有機(jī)化合物方面,當(dāng)時(shí)所分析的實(shí)際上都是有

機(jī)化學(xué)家早已知道了的結(jié)構(gòu),X射線分析的作

用,只在于準(zhǔn)確地測(cè)定了鍵長(zhǎng)和鍵角,并解釋了

化學(xué)鍵的性質(zhì),

所用的主要分析方法是傅里葉

級(jí)數(shù)的方法。帕特孫1935年發(fā)表《測(cè)定晶體中原子間距成分

的直接方法》著名的論文。晶體學(xué)在研究領(lǐng)域和實(shí)驗(yàn)方法都有很大發(fā)展第三十四頁(yè)，共56頁(yè)。第四時(shí)期從1945年起1948年《國(guó)際晶體學(xué)雜志》刊行

(ActaCrystallographica)X射線晶體學(xué)工作者有了自己的刊物

分析的方法有所進(jìn)展,成功地解決了一系列比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu),增加了原子位置的準(zhǔn)確度,可以探測(cè)

氫原子的位置而測(cè)量原子的熱振動(dòng)。

1950年起,出現(xiàn)了一系列論文,論述用直接法解晶體結(jié)構(gòu)的方法。

有機(jī)化合物方面的進(jìn)展是值得特別注意的。1949

年克勞富特、布恩等用了四年以上的時(shí)間解決了

青霉素的結(jié)構(gòu)。Hodgkin,克勞富特等又化了八年的時(shí)間于1957年解決了維生素B12的結(jié)構(gòu)。Hodgkin

1964年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)晶體學(xué)家才把這些化合物的結(jié)構(gòu)告訴化學(xué)家第三十五頁(yè)，共56頁(yè)。簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物大分子結(jié)構(gòu)第三十六頁(yè)，共56頁(yè)。蛋白質(zhì)的分子非常復(fù)雜,對(duì)其結(jié)構(gòu)的測(cè)定,曾被認(rèn)為是非常困難的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)20多年眾多科學(xué)家的努力,終于在1959年測(cè)定出肌紅蛋白和血紅蛋白的晶體結(jié)構(gòu),作為這項(xiàng)研究的代表人物,肯德魯(J.C.Kendrew)和佩魯茨榮獲1962年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)第三十七頁(yè)，共56頁(yè)。進(jìn)入最近的時(shí)代,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的測(cè)定從細(xì)胞水平向分子水平過(guò)渡,使生物學(xué)研究出現(xiàn)突破。

1953年3月沃森、克里克和威爾金斯根據(jù)DNA晶體的X射線衍射譜,發(fā)現(xiàn)了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)。4月25日《自然》雜志發(fā)表

榮獲1962年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。第三十八頁(yè)，共56頁(yè)。

隨后不久,霍利、科勒拉和尼倫博格合成了核酸，根據(jù)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu),破譯了其上所載的遺傳密碼揭開(kāi)了遺傳密碼的奧秘

榮獲1968年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)和遺傳密碼的破譯,標(biāo)志著分子生物學(xué)的誕生,是人類揭開(kāi)生命之謎的一個(gè)里程碑。第三十九頁(yè)，共56頁(yè)。歷年解出的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)目截止到2004年4月份，X射線衍射方法解出的結(jié)構(gòu)數(shù)為21602，超過(guò)85％(總數(shù)25343)；其余主要由核磁共振方法解出。而當(dāng)前幾乎所有重要的大分子結(jié)構(gòu)都是依靠同步輻射實(shí)驗(yàn)裝置解出的。PDB(ProteinDataBank)第四十頁(yè)，共56頁(yè)。催生了材料科學(xué)是研究材料制備---結(jié)構(gòu)---性能最有效的工具功能材料（合金、陶瓷、復(fù)合材料、納米材料、液晶和其它軟物質(zhì)、聚合物、磁性合金和化合物、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體等）結(jié)構(gòu)材料（合金、鋼鐵等）涉及現(xiàn)代世界的方方面面—從日常生活的細(xì)節(jié)直到大規(guī)模的國(guó)家經(jīng)濟(jì)。第四十一頁(yè)，共56頁(yè)。入射X射線Bragg衍射透射反射非彈性散射光電子熒光自由電子光和物質(zhì)相互作用：聲子第四十二頁(yè)，共56頁(yè)。材料科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)方法第四十三頁(yè)，共56頁(yè)。常見(jiàn)分析方法的使用范圍第四十四頁(yè)，共56頁(yè)。X-射線衍射的主要應(yīng)用

測(cè)定未知晶體結(jié)構(gòu)；物相的定性分析和定量分析;測(cè)定精密點(diǎn)陣常數(shù)和固溶體類型和固溶度;測(cè)定物質(zhì)隨溫度,壓力和組成發(fā)生的膨脹收縮,點(diǎn)陣畸變和相變；測(cè)定宏觀殘余應(yīng)力,測(cè)定晶粒尺寸和材料的織構(gòu)；測(cè)定原子徑向分布函數(shù)，聚合物結(jié)晶度；測(cè)定薄膜樣品生長(zhǎng)質(zhì)量，表面和界面結(jié)構(gòu)，層厚，密度，界面粗糙度等。第四十五頁(yè)，共56頁(yè)。1）高分辨粉末衍射

提高數(shù)據(jù)精修和解析晶體結(jié)構(gòu)的能力，2)

掠入射角衍射主要應(yīng)用于薄膜樣品的測(cè)量。3)

X射線反射率測(cè)量在薄膜/超薄膜表面、多層膜界面粗糙度、超晶格及δ摻雜結(jié)構(gòu)研究中有獨(dú)特而廣泛的應(yīng)用4)

RSMs（reciprocalspacemappings）：倒易空間mapping測(cè)量可以觀察到所研究的如外延層倒易格點(diǎn)附近的形變等信息，是薄膜、外延生長(zhǎng)等應(yīng)變SRX射線衍射第四十六頁(yè)，共56頁(yè)。

能量可調(diào)節(jié)，避免樣品中元素吸收

新型高效加氫催化劑的表征可通過(guò)調(diào)節(jié)能量，避開(kāi)樣品吸收強(qiáng)的X射線波段，使來(lái)自樣品的衍射信號(hào)明顯增強(qiáng)，可進(jìn)行更準(zhǔn)確的定量相分析。非晶態(tài)合金是一種新型材料，具有“長(zhǎng)程無(wú)序”和“短程有序”的結(jié)構(gòu)特