X射線的方向演示文稿

X射線的方向演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)優(yōu)選X射線的方向目前二頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)連續(xù)譜(軟X射線)高速運(yùn)動(dòng)的粒子能量轉(zhuǎn)換成電磁波譜圖特征:強(qiáng)度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化是衍射分析的背底;是醫(yī)學(xué)采用的特征譜(硬X射線)高能級(jí)電子回跳到低能級(jí)多余能量轉(zhuǎn)換成電磁波僅在特定波長(zhǎng)處有特別強(qiáng)的強(qiáng)度峰衍射分析采用目前三頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)X射線與物質(zhì)的相互作用

熱效應(yīng)

光電效應(yīng)（吸收體的某殼層電子受Ｘ射線輻射時(shí)，吸收了足夠的Ｘ射線光量子的能量，從內(nèi)層溢出成為自由電子（光電子）而在內(nèi)層中留下空位，外層電子向內(nèi)躍遷復(fù)合空位的過(guò)程中，向外輻射特征Ｘ射線（二次Ｘ射線，或稱(chēng)熒光Ｘ射線），成分分析：用于Z>20的重元素）俄歇效應(yīng)（除了同時(shí)發(fā)生光電效應(yīng)外，外層還有一個(gè)鄰近電子吸收多余的Ｘ射線光量子能量，躍出吸收體，成為俄歇電

現(xiàn)象子，從而在外層中留下兩個(gè)空位，俄歇電子的能量ＥＫＬ收體元素的特征，成分分析：用于表層輕元素）

吸收系數(shù)與吸收限（吸收限的本質(zhì)（光電效應(yīng)）及吸收限的應(yīng)用）******第1章內(nèi)容提要******目前四頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)圖1-11光電子、俄歇電子和熒光x射線三種過(guò)程示意圖目前五頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)物質(zhì)對(duì)Ｘ射線的散射

相干散射(當(dāng)x射線與原子中束縛較緊的內(nèi)層電子相撞時(shí)，光子把能量全部轉(zhuǎn)給電子。但光量子能量不足以使原子電離，但電子可在Ｘ射線交變電場(chǎng)作用下發(fā)生受迫振動(dòng)，這樣的電子就成為一個(gè)電磁波的發(fā)射源，向周?chē)椛渑c入射Ｘ射線波長(zhǎng)相同的輻射，可能相互干涉－－－衍射的基礎(chǔ)）

非相干散射（當(dāng)x射線光與束縛力不大的外層電子相碰撞時(shí)，這個(gè)電子將被撞離原運(yùn)行方向同時(shí)帶走光子的一部分動(dòng)能成為反沖電子；x射線光量子也因碰撞而損失掉一部分能量，使得波長(zhǎng)增加并與原運(yùn)動(dòng)方向偏離2θ角－－－不能衍射，形成背底，越小越好）物質(zhì)對(duì)Ｘ射線的透射******第1章內(nèi)容提要******目前六頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)相干散射因?yàn)槭窍喔刹ㄋ钥梢愿缮婕訌?qiáng).只有相干散射才能產(chǎn)生衍射,所以相干散射是X射線衍射基礎(chǔ)不相干散射因?yàn)椴幌喔缮⑸洳荒芨缮婕訌?qiáng)產(chǎn)生衍射,所以不相干散射只是衍射的背底目前七頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)

作業(yè)：P15-16:3,6,7

目前八頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)第二章X射線衍射方向

2-0

引言前面已經(jīng)了解了x射線的本質(zhì)。在X射線衍射理論所要解決的中心問(wèn)題衍射現(xiàn)象與晶體結(jié)構(gòu)之間建立起定性和定量的關(guān)系。為此，有必要對(duì)晶體幾何學(xué)作一簡(jiǎn)單介紹，繼而掌握：晶體中的原子排列方式與x射線的衍射的規(guī)律。目前九頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)第二章X射線衍射方向

在1912年之前，物理學(xué)家對(duì)可見(jiàn)光的衍射現(xiàn)象已經(jīng)有了確切的解釋?zhuān)J(rèn)為光柵常數(shù)(a+b)＝d只要與一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的光的波長(zhǎng)為同一數(shù)量級(jí)的話就可以產(chǎn)生衍射，衍射花樣和光柵常數(shù)密切相關(guān)。下面讓我們回顧一下何謂光柵及其衍射原理。目前十頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)第二章X射線衍射方向光柵：是根據(jù)多縫衍射原理制成的一種分光元件。在一塊透明的光學(xué)玻璃上刻劃大量相互平行、等寬等間距的刻痕就制成了一塊透射式平面刻痕光柵。1、光柵目前十一頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)第二章X射線衍射方向當(dāng)光照射在光柵面上時(shí)，刻痕處由于散射不易透光，光線只能在刻痕間的狹縫中通過(guò)。因此光柵實(shí)際上是由一排密集、均勻而又平行的狹縫組成的。目前十二頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)

2、光柵實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)波動(dòng)光學(xué)理論，當(dāng)單色平行光垂直照射在光柵面上時(shí)，將產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，如下圖所示。產(chǎn)生明條紋的條件為

(a+b)sinψk=±kλ

（1）或?qū)憺?/p>

dsinψk

=±kλ

（2）其中d＝a+b是光柵常數(shù)，a和b分別為透光部分和不透光部分的寬度，ψ為衍射角，λ

為入射光波長(zhǎng)，k給出了該明紋的級(jí)次。目前十三頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)光柵實(shí)驗(yàn)原理圖目前十四頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)如果入射光不是單色光，由（2）式可以看出，對(duì)于同一k級(jí)明紋，不同波長(zhǎng)的光，其衍射角也不相同。于是復(fù)色光被分解，在同一k級(jí)中，按波長(zhǎng)大小依次排列。當(dāng)k＝0時(shí)，任何波長(zhǎng)的光均滿足，各色光疊加在一起形成白色條紋，稱(chēng)為中央明紋。因此可以看到，復(fù)色光的衍射圖樣是在中央明紋的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)地分布著k＝1，2，3…的各級(jí)彩色譜線，稱(chēng)為衍射光譜。目前十五頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)如果已知光柵常數(shù)d，用分光計(jì)測(cè)出k級(jí)光譜中某一明條紋的衍射角，利用式（2）可求出該譜線對(duì)應(yīng)的單色光波長(zhǎng)。目前十六頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)礦物學(xué)家認(rèn)為晶體是由以原子或分子為單位的共振體(偶極子)呈周期排列所構(gòu)成的空間點(diǎn)陣，各共振體間距大約是10-8～10-7cm(1～10?)。法國(guó)晶體學(xué)家M.A.Bravais計(jì)算出晶體將有14種點(diǎn)陣類(lèi)型。

1895年倫琴發(fā)現(xiàn)x射線，認(rèn)為x射線是一種波，但無(wú)法證實(shí)。3、Ｘ射線晶體衍射的提出目前十七頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)德國(guó)物理學(xué)家M.Von.Laue在和青年研究生厄瓦爾德認(rèn)為X射線是一種波且具有波動(dòng)性的，而原子在空間的排列間距是1～10?

。如果x射線的波長(zhǎng)也與此相當(dāng)?shù)脑挘w就可以作為X射線衍射的光柵!目前十八頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)基于這個(gè)設(shè)想，于1912年春，用CuSO4.5H20晶體作試樣，經(jīng)兩次實(shí)驗(yàn)得到了第一張透射花樣照片，并提出了著名的Laue方程。隨后英國(guó)物理學(xué)家W.HBragg和WL.Bragg(大學(xué)生)在Laue試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于同年推導(dǎo)出了比Laue方程更簡(jiǎn)捷的衍射公式——布拉格方程。事實(shí)證明：Ｘ射線是波長(zhǎng)在0.01～100?的電磁波，原子在空間的排列間距是1～10?

，適當(dāng)選擇Ｘ射線的波長(zhǎng)，即可達(dá)成衍射條件。目前十九頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)附：可見(jiàn)光的干涉條件可見(jiàn)光的干涉條件：兩束或兩束以上的波，其振動(dòng)方向相同、頻率相同、位相恒定，而且須是由同一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的。X射線在晶體中的相干散射波基本滿足這些條件。但還需作以下的近似或假設(shè)。目前二十頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)4、X射線相干散射條件假定（1）x射線是平行光，且只有單一波長(zhǎng)(單色)；（2）電子皆集中在原子中心(因?yàn)樵陂g距遠(yuǎn)大于核外電子距離，所以這種近似是可行的)：（3）原子不作熱振動(dòng)，假設(shè)原子間距沒(méi)有任何變化。目前二十一頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)X射線在晶體上衍射是這樣一個(gè)過(guò)程：x射線照到晶體．晶體作為光柵產(chǎn)生衍射花樣，衍射花樣反映了光學(xué)顯微鏡所看不到的晶體結(jié)構(gòu)的特征。我們的目的就是利用衍射花樣來(lái)推斷晶體中質(zhì)點(diǎn)的排列規(guī)律。5、X射線在晶體上衍射是這樣一個(gè)過(guò)程目前二十二頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)6、X射線衍射理論所要解決的中心問(wèn)題在衍射現(xiàn)象與晶體結(jié)構(gòu)之間建立起定性和定量的關(guān)系。目前二十三頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)2-１晶體幾何學(xué)簡(jiǎn)介

2.１晶體幾何學(xué)簡(jiǎn)介晶體具有如下性質(zhì)(1)各向異性：晶體在不同的方向上具有不同的物理性質(zhì)。(2)均勻性：晶體內(nèi)部各個(gè)部分的宏觀性質(zhì)是相同的。(3)周期性：原子或原子團(tuán)在三維作空間周期性排列。目前二十四頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)(4)固定熔點(diǎn)：晶體具有周期性結(jié)構(gòu)，熔化時(shí)，各部分需要同樣的溫度。(5)規(guī)則外形：理想環(huán)境中生長(zhǎng)的晶體應(yīng)為凸多邊形。(6)對(duì)稱(chēng)性：晶體的理想外形和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特定的對(duì)稱(chēng)性。

目前二十五頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)一、晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣等同點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)基元：原子、分子或其基團(tuán)晶體結(jié)構(gòu)＝空間點(diǎn)陣＋結(jié)構(gòu)基元目前二十六頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)晶體的例子剛玉鄰苯二甲酸氫鉀鍺酸鉍電氣石目前二十七頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)空間點(diǎn)陣目前二十八頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)cbaγ單胞的大小和形狀可用晶胞參數(shù)確定晶格常數(shù)或點(diǎn)陣參數(shù)用a,b,c,,,表征目前二十九頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣目前三十頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)二、晶系CrystalsystemUnitcellshapeEssentialsymmetry布拉菲點(diǎn)陣立方a=b=c

a=b=g=90FourthreefoldaxesPIF正方a=b≠c

a=b=g=90OnefourfoldaxisPI斜方a≠b≠c

a=b=g=90ThreetwofoldaxesormirrorplanePIFA(BorC)六方a＝b≠c

a=g=90b=120OnethreefoldaxisP菱方a=b=c

a=b=g≠90OnethreefoldaxisR單斜a≠b≠c

a=b=90g≠90OnetwofoldaxisormirrorplanePC三斜a≠b≠c

a≠b≠g≠90noneP目前三十一頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)二、晶系七個(gè)晶系（inEnglish）（三斜）Triclinic:abc,;（單斜）Monoclinic:abc,==90;（斜方)Orthorhombic:abc,===90;(正方）Tetragonal

:a=bc,===90;（菱方）Rhombohedral:a=b=c,==90;（六方）Hexagonal:a=bc,==90,=120;（立方）Cubic:a=b=c,===90目前三十二頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)三、晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣

簡(jiǎn)單點(diǎn)陣類(lèi)型◆陣點(diǎn)的坐標(biāo)表示●以任意頂點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以與原點(diǎn)相交的三個(gè)棱邊為坐標(biāo)軸，分別用點(diǎn)陣周期（a、b、c）為度量單位四種點(diǎn)陣類(lèi)型簡(jiǎn)單體心面心底心◆簡(jiǎn)單點(diǎn)陣的陣點(diǎn)坐標(biāo)為000目前三十三頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)◆底心點(diǎn)陣，C除八個(gè)頂點(diǎn)上有陣點(diǎn)外，兩個(gè)相對(duì)的面心上有陣點(diǎn)，面心上的陣點(diǎn)為兩個(gè)相鄰的平行六面體所共有。因此，每個(gè)陣胞占有兩個(gè)陣點(diǎn)。陣點(diǎn)坐標(biāo)為000，1/21/20目前三十四頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)◆體心點(diǎn)陣，I除8個(gè)頂點(diǎn)外，體心上還有一個(gè)陣點(diǎn)，因此，每個(gè)陣胞含有兩個(gè)陣點(diǎn)，000，1/21/21/2目前三十五頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)◆面心點(diǎn)陣。F除8個(gè)頂點(diǎn)外，每個(gè)面心上有一個(gè)陣點(diǎn)，每個(gè)陣胞上有4個(gè)陣點(diǎn)，其坐標(biāo)分別為000，1/21/20，1/201/2，01/21/2目前三十六頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)圖2-3十四種布拉菲點(diǎn)陣目前三十七頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)圖2-3十四種布拉菲點(diǎn)陣目前三十八頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)圖2-3十四種布拉菲點(diǎn)陣目前三十九頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)圖2-3十四種布拉菲點(diǎn)陣目前四十頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前四十一頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)課堂提問(wèn)1為什么只有4種點(diǎn)陣？

為了體現(xiàn)陣胞的周期性，除平行六面體頂點(diǎn)外，只能在體心、面心或底心有附加點(diǎn)陣目前四十二頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)課堂提問(wèn)2根據(jù)7種晶系和4種陣胞，應(yīng)當(dāng)有28種不同的組合，為什么只有14種不同的點(diǎn)陣呢？

這是由陣胞選取的條件所限制的，在28種組合中，有些點(diǎn)陣由于不符合陣胞選取的條件而被另一些陣胞所取代例如，在立方晶系中，不能出現(xiàn)底心點(diǎn)陣，因?yàn)榕c對(duì)稱(chēng)性不符，正方底心點(diǎn)陣可以轉(zhuǎn)換為比其體積小的簡(jiǎn)單點(diǎn)陣，面心正方可以轉(zhuǎn)換為體積更小的體心點(diǎn)陣單斜晶系的體心和面心分別可轉(zhuǎn)換為底心菱方晶系只能存在簡(jiǎn)單點(diǎn)陣，底心與對(duì)稱(chēng)性不符，體心和面心可轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單點(diǎn)陣六方晶系只存在簡(jiǎn)單點(diǎn)陣，考慮到它的六次對(duì)稱(chēng)性而又不違背周期性，選取三個(gè)菱方柱的簡(jiǎn)單點(diǎn)陣拼成六棱柱形底心點(diǎn)陣三斜的對(duì)稱(chēng)性最低，只能出現(xiàn)簡(jiǎn)單點(diǎn)陣

底心正方

簡(jiǎn)單正方目前四十三頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)四、晶向和晶面指數(shù)空間點(diǎn)陣中的結(jié)點(diǎn)平面和結(jié)點(diǎn)直線相當(dāng)于晶體結(jié)構(gòu)中的晶面和晶向．在晶體學(xué)中分別用晶面指數(shù)和晶向指數(shù)或稱(chēng)密勒(Miller．W．H，英國(guó)晶體學(xué)家)指數(shù)來(lái)表示它們的方向。晶面指數(shù)和晶向指數(shù)的確定方法目前四十四頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)1、晶面指數(shù)（1）晶面的特性同一方向上的陣點(diǎn)平面

（1）相互平行（2）等距（3）各平面上的陣點(diǎn)分布情況完全相同不同方向上的陣點(diǎn)平面有不同的特性用了陣點(diǎn)平面的方向數(shù)表示—Miller指數(shù)目前四十五頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)（2）晶面指數(shù)的表示在一組平行的晶面中，任選一個(gè)晶面，量出它在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距，并用點(diǎn)陣周期a,b,c為單位來(lái)度量寫(xiě)出三個(gè)截距的倒數(shù)將三個(gè)倒數(shù)乘以分母的最小公倍數(shù)，把它們化簡(jiǎn)為整數(shù)，并用園括號(hào)括起來(lái)，即為該組平行晶面的晶面指數(shù)目前四十六頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)計(jì)算實(shí)例1某晶面在坐標(biāo)軸上的截距分別為1a，2b，3c其倒數(shù)為1，1/2，1/3化成整數(shù)為6，3，2該晶面的Miller指數(shù)為（632）目前四十七頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前四十八頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)2、晶面指數(shù)與晶面族泛指某一晶面指數(shù)時(shí)，用(hkl)表示如果晶面與某坐標(biāo)軸的負(fù)方向相交時(shí)，在其指數(shù)上加一個(gè)負(fù)號(hào)，如（1，-2，4）晶面與某坐標(biāo)軸平行（不相交）時(shí)，其截距為無(wú)窮大，倒數(shù)為0，如（100）有些晶面雖不平行，但通過(guò)對(duì)稱(chēng)變換后與另一組晶面平行，等距，原子分布相同，這些晶面組成晶面族，用{hkl}表示目前四十九頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)3、晶向與晶向指數(shù)空間點(diǎn)陣中無(wú)論哪個(gè)方向都可以畫(huà)出許多互相平行的、等同周期的陣點(diǎn)直線不同方向上的陣點(diǎn)直線的差別也取決于它們的取向目前五十頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)（1）晶向指數(shù)的確定方法在一族平行的點(diǎn)陣直線中引出過(guò)原點(diǎn)的陣點(diǎn)直線在該直線上任選一個(gè)陣點(diǎn)，量出它的坐標(biāo)值并用點(diǎn)陣周期a,b,c來(lái)度量將三個(gè)坐標(biāo)值乘或除以一個(gè)數(shù)，使之全部化成整數(shù)并用方括號(hào)括起來(lái)。如[111]目前五十一頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)（2）晶向指數(shù)的一般表示當(dāng)泛指某晶向指數(shù)時(shí)，用[uvw]表示如果陣點(diǎn)的某個(gè)坐標(biāo)值為負(fù)數(shù)，在相應(yīng)的指數(shù)上加負(fù)號(hào)，如[1，-2，3]有對(duì)稱(chēng)關(guān)聯(lián)的等同晶向用<uvw>表示目前五十二頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)4、六方點(diǎn)陣的指數(shù)（1）三軸表示的缺陷六方晶系的晶面指數(shù)用三軸表示時(shí)，不能反映其六次對(duì)稱(chēng)性例如：六個(gè)柱面表示為(100)、(010)、(-110)、(-100)、(1-10），從晶面指數(shù)中不能反映出它們屬于一個(gè)晶面族晶向指數(shù)同樣存在這個(gè)問(wèn)題（2）在六方晶系中一般使用四軸坐標(biāo)法，稱(chēng)為密勒-布拉菲指數(shù)目前五十三頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)（3）四軸表示法取a1,a2,a3在同一水平面上，它們的夾角為120,c與這個(gè)水平面垂直晶面指數(shù)用(hkil)表示h+k=-I晶向指數(shù)用[uvtw]表示u+v=-t目前五十四頁(yè)\總數(shù)六十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)（4）兩種表示的換算用四軸表示的六個(gè)柱面指數(shù)為(10-10),(01-10),(-1100),(