第2章 X射線衍射方向

一.X射線的產(chǎn)生機制高速運動的電子流

射線X射線中子流

高能輻射流突然被減速時均能產(chǎn)生X射線…回顧二.特征X射線的產(chǎn)生機理入射X射線散射透射X射線吸收相干散射非相干散射熱耗光電效應(yīng)熒光效應(yīng)俄歇效應(yīng)三.X射線與物質(zhì)的相互作用第二章X射線衍射方向2-1引言2-2晶體幾何學基礎(chǔ)2-3衍射的概念和布拉格方程2-4布拉格方程的討論2-5衍射方法同一光源振動方向相同頻率相同位相恒定一、可見光的干涉問題：X射線在晶體中是否發(fā)生干涉？§2-1引言二、X射線衍射與晶體結(jié)構(gòu)晶體———晶胞———原子———電子原子排布晶體結(jié)構(gòu)相干散射晶胞參數(shù)晶體幾何學相干散射X射線光子流與內(nèi)層電子相互碰撞時,其方向發(fā)生了改變，但能量幾乎沒有損失，產(chǎn)生波長不變的散射線，這些新的散射線之間可能發(fā)生干涉——相干散射。滿足干涉條件X射線在晶體中的干涉現(xiàn)象1234某些特定方向？§2-2晶體幾何學基礎(chǔ)晶體——原子、離子、分子或原子團在三維空間周期排列所構(gòu)成的固體。(非晶？)晶體幾何學——研究原子在晶體中的排列方式和晶體的形狀特點的學科。電氣石剛玉鄰苯二甲酸氫鍺酸鉍晶體一、空間點陣1.陣點(結(jié)點)—實際原子、離子、分子或原子團抽象為幾何點2.點陣(晶格)—陣點按一定規(guī)則直線連接。3.晶胞(單位點陣)—點陣(晶格)中反映晶體特征的最小單元。晶體結(jié)構(gòu)與點陣(晶格)－1晶體結(jié)構(gòu)點陣(晶格)晶體結(jié)構(gòu)與點陣(晶格)－2點陣(晶格)晶體結(jié)構(gòu)晶胞(單位點陣)—點陣參數(shù)(晶格常數(shù))a,b,c;α,β,γ選取原則晶胞晶胞的選取晶胞的選取原則

其結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能反映點陣的對稱性平行六面體內(nèi)相等的棱和角數(shù)目最多

棱間呈直角時，盡可能有多的直角有盡可能小的體積

晶體結(jié)構(gòu)點陣晶胞晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣晶體結(jié)構(gòu)＝空間點陣＋結(jié)構(gòu)基元原子、分子、離子或原子團晶胞(單位點陣)——向量平移二、晶系與不拉菲點陣1.七大晶系

三斜晶系菱方晶系單斜晶系斜方晶系正方晶系立方晶系六方晶系2.晶系與點陣4種點陣類型(最多)：簡單點陣底心點陣體心點陣面心點陣簡單點陣體心點陣面心點陣底心點陣3.不拉菲點陣與晶體結(jié)構(gòu)①不拉菲點陣②不拉菲點陣與晶體結(jié)構(gòu)將7種晶系與4種點陣組合，應(yīng)該有28種組合。不拉菲研究證明，它們中間只有14種是獨立存在的。在7大晶系中，并不是每個晶系均有4種類型點陣存在，原因是有一些點陣不符合對應(yīng)晶系的對稱特點，有些不符合空間點陣單位的選擇原則。①不拉菲點陣底心單斜簡單三斜簡單單斜14種

不拉菲點陣底心斜方簡單斜方面心斜方體心斜方簡單菱方簡單六方簡單正方體心正方簡單立方體心立方面心立方②不拉菲點陣與晶體結(jié)構(gòu)-1空間點陣是晶體中質(zhì)點排列的幾何學抽象，用以描述和分析晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對稱性，由于各陣點的周圍環(huán)境相同，它僅有14種類型。晶體結(jié)構(gòu)則是晶體中實際質(zhì)點的具體排列，它們能組成各種類型的排列，因此，實際存在的晶體結(jié)構(gòu)是無限的。三、晶體學指數(shù)1.晶向指數(shù)2.晶面指數(shù)3.晶帶4.晶面間距和晶面夾角①定坐標②求投影③化整數(shù)④加括號[]晶向指數(shù)的確定晶向[－112]的確定1.晶向指數(shù)晶向指數(shù)確定定坐標：三個坐標軸與晶胞三條棱邊重合，且符合右手法則；坐標原點位于該晶向上,最好在晶胞的一個頂點。求投影：選晶向上一點,以晶格常數(shù)為單位，求原點至該點線段的三個投影值?；麛?shù):將三個投影值化為一組最小整數(shù)加括號:給該組整數(shù)加上中括號[]。晶向族<111>晶向族<uvw>——晶體中因?qū)ΨQ關(guān)系而等同的各組晶向歸并而成。正交晶系一些重要晶向的晶向指數(shù)書中p22圖2-52.晶面指數(shù)①定坐標②求截距③取倒數(shù)④化整數(shù)⑤加括號()晶面指數(shù)的確定晶面指數(shù)的確定定坐標：三個坐標軸分別與晶胞棱邊平行，且符合右手法則；坐標原點位于晶胞的一個頂角，但不能在該晶面上；求截距：以晶格常數(shù)為單位，求該晶面在坐標軸上的截距；取倒數(shù)：對三個截距值取倒數(shù)；化整數(shù)：將三個截距值化為一組最小整數(shù)加括號：給該組整數(shù)加上小括號()。晶面指數(shù)求法正交點陣中一些晶面的晶面指數(shù)晶面指數(shù)——不僅是某一晶面，而是代表著一組相互平行的晶面。晶面族——在晶體內(nèi)凡晶面間距和晶面上原子的分布完全相同，只是空間位向不同的晶面可以歸并為同一晶面族，以{hkl}表示。它是若干組等效晶面的總和。3.晶帶與晶帶定律所有相交或平行于某一晶向直線的晶面構(gòu)成一個晶帶，該直線稱晶帶軸，晶帶軸的晶向指數(shù)稱晶帶指數(shù)，這些晶面都稱為晶帶面。晶帶指數(shù)[uvw]與其晶帶面指數(shù)(hkl)符合如下關(guān)系：

hu+kv+lw=0—晶帶定律屬于[001]晶帶的某些晶面4.晶面間距與晶面夾角①晶面間距②晶面夾角①晶面間距-1兩相鄰平行晶面間的垂直距離或da)晶面間距愈大,該晶面上的原子排列愈密集;b)晶面間距愈小,該晶面上的原子排列愈稀疏。晶面間距-2不同晶系的晶面間距立方晶系：正方晶系：六方晶系：

②晶面夾角立方晶系：正方晶系：六方晶系：不同晶系的晶面夾角Return一、可見光的衍射二、X射線的衍射三、不拉格方程的推導§2-3衍射的概念與布拉格方程一、可見光的衍射相干波光柵常數(shù)(a+b)與光波長同數(shù)量級(a+b)sinφ=±kλk=0,1,2…問題：X射線在晶體中能否也滿足？Return二、X射線的衍射1.假設(shè)不考慮原子的熱振動，視原子靜止于平衡位置，原子間距不變；電子集中于原子中心，不考慮一個原子內(nèi)各電子的散射波相位差；X射線為單色平行光。2.X射線的衍射條件晶體中電子對X射線——相干散射晶體中每一個陣點均為相干波源晶體的晶格常數(shù)d與X射線波長同數(shù)量級(0.001～1nm)——晶體可作為X射線的三維空間光柵只需滿足則：X射線在晶體中將發(fā)生衍射！Return三、不拉格方程的推導入射X射線與晶體中的原子(電子)發(fā)生相干散射——原子(電子)散射線干涉的行為稱衍射。晶體可看成由無數(shù)平行的原子面組成晶體對X射線的衍射可視為某些原子面對X射線的衍射。波的合成-1位相相同，波程差=nλ，加強回顧波的合成-2位相相反，波程差=1/2nλ，抵消波的合成-3位相差恒定，相互削弱Return1.衍射幾何分析——同一晶面層衍射結(jié)果——同一晶面層

同光程原子