-第四,五章素材.ppt

根据布拉格方程可知，并不是任何条件下晶体都能产生衍射，必要条件是入射线的波长?和掠射角?必须符合布拉格方程的要求，因此，实现衍射的各种方法都是在实验中设法连续变化?或?，来满足衍射几何的要求。 周转晶体法： ?固定不变，旋转样品(单晶)以连续改变各晶面族的?角来满足布拉格方程的要求。 主要用途 确定未知晶体的晶体结构 粉末法：用单色X射线K? (?固定)，多晶试样(相当于?连续变化)，即利用晶粒的不同取向来改变?，以满足布拉格方程的要求，用计数器测定衍射线的位置和强度——衍射仪法。 主要特点：试样获得容易、衍射花样信息全面、可进行物相分析、点阵参数、应力、织构、晶粒度测定，等。 由于电子材料及工程材料一般都是多晶体，可用它们的粉末或直接用它们的板、丝、块、棒作试样而获得满意的分析结果。 1 测角仪 测角仪是衍射仪的核心部分,其结构如图。 衍射仪的设计，使样品台H和支架E保持联动转动，当H转过?时，支架转动2?，以保证计数管G始终对准衍射束的方向，于是，从试样产生的任何衍射线都正好能聚焦于F并进入计数管中，计数管将X射线的强弱转化为电信号，通过记仪录将其记录下来。 当试样连续转动时，衍射仪就同时自动描绘出衍射强度I随2?角连续变化的情况，称为衍射图谱。 1．正比计数器 结构：封闭管壳内充填惰性气体，阴极为一金属圆筒，阳极为一共轴金属丝，X射线由窗口（云母或铍等低吸收材料）进入，阴、阳极之间保持600—900V的电位差。 2．闪烁计数器 每个联级的增益约为4-5，联极一般有8-14个，总的倍增超过106; 晶体吸收一个X射线光子后，便可在最后一个联级上收集到数目巨大的电子，从而产生一个可探测的电压脉冲(若干伏); 与可见荧光强度成正比，可见荧光的强度又与计数管吸收的X射线能量成正比，所以脉冲大小?入射X光子能量，对其计数，可测量X射线的强度。 优点：作用迅速，分辨时间10-8S，无计数损失。 缺点：背底脉冲过高，即使没有X射线进入，仍会产生所谓的“无照电流”脉冲，原因是光敏阴极会因热离子发射而产生电子，此外，体积较大，对温度的波动比较敏感，受震动时容易损坏。 X射线的两类信息（1）衍射方向（2）衍射强度 ?衍射峰的高低，或衍射峰轮廓所包围的面积 ?单位时间内通过与衍射方向相垂直的单位面 积上的X射线光量子数目。 ?往往用同一衍射图中各衍射线强度（积分强度 或峰高）的相对比值来表示相对强度。 不同晶系或同一晶系不同晶胞大小的晶体其衍射角?各不相同，描述X射线衍射几何的布拉格定律反映了晶体中晶胞的形状和大小的变化； 反映晶胞中原子的种类和位置，需要应用衍射的强度理论——晶胞中原子种类和坐标位置与衍射束强度之间定量的关系。 I0—入射X射线束强度 e、m—电子的电荷与质量 C —光速 l—入射X线束的波长 R —测角圆的半径 V—被入射X射线所照射的体积 V0—单位晶胞的体积 Fhkl—结构振幅 Phkl—多重性因数:同族晶面{hkl}中的等同晶面数 ?(θ)—角因数：反映衍射强度随衍射角的变化 R(θ)—吸收因数：衍射线在通过样品时被吸收而使衍射强度下降，故引入吸收因数（?1)与衍射角θ有关。 e-2M—温度因数：晶体中原子热振动使得原子之间的周期性不十分完善，散射线之间必然存在周相差，衍射强度比理想点阵小。M是与晶体热振动有关的参数。 以上式作为X射线散射强度的自然单位，下面对衍射强度的定量处理都在此基础上进行。 2．一个原子对X射线的散射 当一束射线与一个原子相遇时，原子核的受迫振动可以忽略，因为原子核的质量比电子质量大得多，由上式可知，原子核的散射强度很小，可忽略不计，因此原子散射是指原子系统中，所有电子对入射线的散射。分两种情况来讨论： 晶体是由单胞在三维空间重复构成，只需要考虑一个单胞内原子排列是怎样影响衍射强度的。 在含有几个原子的复杂晶胞中，各原子占据不同的坐标位置，它们的散射振幅和相位是各不相同的，单胞中所有原子散射波的合成振幅不可能等于各原子散射振幅的简单加和。为了表达单胞的散射波振幅和单电子