X射線衍射原理.ppt

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1、2.x射線衍射原理2.1x-ray的衍射（1）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象x-ray射入樣品，其背后放置照相底片。非晶體：沿x-ray傳播方向形成一個(gè)斑點(diǎn)。晶體：除透射束形成的中心斑點(diǎn)外，周圍還有有規(guī)律分布的其它斑點(diǎn)。說(shuō)明有偏離原入射方向的x-ray存在。x射線的衍射x-ray遇到晶體后所產(chǎn)生的上述現(xiàn)象稱為x-ray的衍射，偏離原入射方向的射線稱衍射線，底片上出現(xiàn)的圖形稱衍射圖，圖上的斑點(diǎn)稱衍射斑點(diǎn)。利用x-ray研究晶體結(jié)構(gòu)中各類問(wèn)題，主要是通過(guò)x-ray在晶體中產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象進(jìn)行的。（2）產(chǎn)生原因x-ray的衍射現(xiàn)象是x-ray散射的一種特殊表現(xiàn)。晶體由有序排列的質(zhì)點(diǎn)組成，當(dāng)x-ray與質(zhì)點(diǎn)相遇時(shí)，

2、首先被晶體各個(gè)原子中的電子散射，每個(gè)電子都是一個(gè)新的輻射波源，其波長(zhǎng)與原射線相同。x射線的衍射原子在晶體中是周期排列，散射波之間存在著固定的位相關(guān)系，它們之間會(huì)在空間產(chǎn)生干涉。衍射：原子在晶體中的周期性排列使得x-ray散射在一些特定的方向加強(qiáng)，而在其它方向減弱的現(xiàn)象。x射線的衍射x-ray衍射實(shí)質(zhì)：大量原子散射波互相干涉結(jié)果。相干散射是衍射的基礎(chǔ)，而衍射則是晶體對(duì)x-ray散射的一種特殊表現(xiàn)形式，并非x-ray與物質(zhì)相互作用的新現(xiàn)象。2.2布拉格定律2.2.1布拉格方程的導(dǎo)出布拉格定律是衍射幾何規(guī)律的表達(dá)式。假設(shè)：①晶體是理想的簡(jiǎn)單點(diǎn)陣。②原子是幾何點(diǎn)，電子集中在點(diǎn)上散射。③入射的

3、x-ray嚴(yán)格平行。④原子不做熱振動(dòng)。布拉格方程晶體是由（hkl）晶面堆垛而成的，即一系列平行等距原子面層層疊合而成。干涉加強(qiáng)的條件是：晶體中任意兩相鄰原子面上的原子散射波在原子面反射方向的光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍。即：△=nλn=1，2，3，…x-ray作用于單原子面上任意兩相鄰原子的散射波在原子面反射方向上的光程差為：R=0一個(gè)原子面對(duì)x-ray的衍射可以在形式上看成原子面對(duì)入射線的“反射”。x-ray作用于多原子面上經(jīng)兩相鄰原子面反射的反射波光程差：R=2dsinθ布拉格方程干涉加強(qiáng)條件（布拉格方程）為：式中：n—整數(shù)，“反射”級(jí)數(shù)（衍射級(jí)數(shù)）一組（hkl）隨n值的不同，可產(chǎn)生n個(gè)

4、不同方向的反射線。θ—布拉格角（入射線與晶面）半衍射角布拉格方程反映了衍射方向與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系，說(shuō)明了衍射所必備的條件。（表達(dá)了：反射線空間方位、反射晶面間距、入射線方位、入射波長(zhǎng)之間的相互關(guān)系）x-ray在晶體中產(chǎn)生衍射，其θ、d、λ必須滿足布拉格方程。布拉格方程與光學(xué)反射定律合在一起稱為布拉格定律，或x-ray“反射”定律。2.2.2布拉格方程的討論x-ray在晶面“反射”與可見光鏡面反射比較：相同點(diǎn)：①兩角相等②三線共面不同點(diǎn)：①可見光反射僅限于物體表面；x-ray不僅在表面而且能進(jìn)入晶體內(nèi)部。②可見光以任意角度入射都可進(jìn)行反射；x-ray只有特殊角度才能進(jìn)行反射，稱為x-ra

5、y的“選擇反射”。布拉格方程的討論產(chǎn)生衍射的極限條件：波長(zhǎng)：sinθ=≤1λ≤2d晶面數(shù)：d≥衍射級(jí)數(shù)：例：一組晶面間距從大到小的順序：2.02?，1.43?，1.17?，1.01?，0.90?，0.83?，0.76?……用波長(zhǎng)為λkα=1.94?的鐵靶照射時(shí)，因λ/2=0.97?，產(chǎn)生衍射的晶面組有4個(gè)。用銅靶進(jìn)行照射，因λ/2=0.77?，6個(gè)晶面組能產(chǎn)生衍射。衍射指數(shù)（干涉指數(shù)）把晶面間距為的（hkl）晶面的n級(jí)反射看成是與(hkl)晶面平行，晶面間距為的（HKL）晶面的1級(jí)反射。衍射指數(shù)（HKL）晶面不一定是晶體中的原子面，為簡(jiǎn)化引入的，稱干涉面，用（HKL）表示，其指數(shù)稱衍

6、射指數(shù)，用HKL表示。H=nhK=nkL=nlHKL互為質(zhì)數(shù)時(shí)，代表一族真實(shí)的晶面，是廣義的晶面指數(shù)。布拉格方程：衍射方向立方晶系不同晶系、同晶系而晶胞大小不同的晶體，其衍射花樣不同。布拉格方程可以反映出晶體結(jié)構(gòu)中晶胞大小及形狀的變化。布拉格方程的應(yīng)用布拉格方程形式簡(jiǎn)單，能夠說(shuō)明衍射的基本關(guān)系，從實(shí)驗(yàn)角度有兩方面應(yīng)用：結(jié)構(gòu)分析：用已知λ的x-ray照射晶體，通過(guò)θ測(cè)量求得d，從而揭示晶體結(jié)構(gòu)。x-ray光譜學(xué)：用已知d的晶體來(lái)反射從樣品發(fā)射出來(lái)的x-ray，通過(guò)θ測(cè)量求得未知x-ray波長(zhǎng)λ。布拉格方程布拉格方程可以反映出晶體結(jié)構(gòu)中晶胞大小及形狀的變化，但未反映出晶胞中原子的種類和位

7、置。波長(zhǎng)λ的x-ray照射三種相同點(diǎn)陣常數(shù)的三種晶胞，形成的衍射花樣從布拉格方程中反映不出區(qū)別。2.3x-ray衍射線束的強(qiáng)度絕對(duì)強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位面積通過(guò)的能量。相對(duì)強(qiáng)度：同一衍射圖像中各衍射線強(qiáng)度的比值。x射線衍射線束的強(qiáng)度衍射線強(qiáng)度的測(cè)量采用衍射儀法，得到I～θ曲線。每個(gè)衍射峰下面的面積（積分面積）稱為積分強(qiáng)度或累積強(qiáng)度。x射線衍射線束的強(qiáng)度波長(zhǎng)λ，強(qiáng)度Io的x-ray，照射到晶胞體積Vo的多晶試樣上，被照射晶體的體積V，與入射線夾角為2θ方向上產(chǎn)