单晶 - 浙江大学化学系.pdf

《现代仪器分析实验技术与方法》 顾建明顾建明 刘继刘继永永 胡秀荣胡秀荣 浙江大学化学系浙江大学化学系 年33月月 XX射线晶体学射线晶体学 众所周知，物质是由原子或分子组成的， 但即使是同但即使是同一种物质种物质，由于原子的排列方由于原子的排列方 式不同，它们的物理性质相差甚远。例如 例如石墨（Graphite）和钻石（Diamond） 都是由元素周期表中第都是由元素周期表中第66号元素号元素 “碳碳” （Carbon ）组成的单元素物质，但是在莫 氏硬度列表中石墨的硬度是氏硬度列表中石墨的硬度是11而钻石的硬度而钻石的硬度 为10，究其原因是由于这二种物质的原子 排列方式排列方式 （（结构结构））不同不同。 XX射线晶体学射线晶体学 金金刚石与石墨的的晶体结构体结构图 XX射线晶体学射线晶体学 X射线晶体学是一门独特的学科，它 利用利用XX射线射线 （（光源光源））的波长与晶体层面的波长与晶体层面 间距（狭缝）处在同一量级能够产生 衍射的特点，从原子（分子）的角度 去探索物质特性去探索物质特性，解决生产和生活中解决生产和生活中 的实际问题，为研究物质特性和设计 新材料提供依据新材料提供依据。因此因此X射线成为了研射线成为了研 究物质结构最有效的工具之究物质结构最有效的工具之一。。 基本理论基本理论 • 1895年W.C.Rontgen （伦琴）发现了X射线。 • 1912年M.von Laue （劳埃）将晶体衍射的规律 总结为：光程差＝OP－BP＝ a (S－So) ＝hλ • 经过近经过近二十年的研究十年的研究，，BraggBragg （（布拉格布拉格））父子在父子在 1915年得出结论，只有光程差为波长λ的整数倍 时，它们才能相互加强而产生衍射： 2 d sinθ＝nλ 工作原理工作原理 • 一束平行光束平行光，通过通过一组狭缝组狭缝，每个狭缝就每个狭缝就 成为一个新的光源，这些新的光源经过相 位叠加位叠加，同相增相增强，反相减弱反相减弱，落在投落在投影 屏上就出现了明暗相间的衍射条纹（斑 点点）。 • 在在XX射线衍射实践中射线衍射实践中，，用专门的仪器用专门的仪器 （X射线衍射仪）把这些衍射条纹或衍射斑 点记录下来点记录下来，，通过对所记录数据的分析通过对所记录数据的分析，， 以获得有用的信息。 •• XX射线衍射有单晶衍射和多晶衍射之分射线衍射有单晶衍射和多晶衍射之分。 衍射原理简图衍射原理简图 单晶衍射仪原理框图单晶衍射仪原理框图 单晶衍射影像单晶衍射影像 晶体晶体 • 晶体是物质在空间有规律的排列晶体是物质在空间有规律的排列，这里的物质是这里的物质是 指组成晶体的最基本单元，简称结构基元，空间 是指点阵空间是指点阵空间。。因此因此：： • 晶 体 ＝结构基元 ＋ 点阵空间 • 单晶： 矢量能够贯穿的晶体。 晶体晶体 传统的结晶学定义中晶体有： • 七个晶系（crystal systems) • 14种晶格（crystal lattics） •• 3232个点群个点群 (point(point group)group) • 230个空间群(space group) 晶体晶体 天然晶体天然晶体 晶体生长晶体生长 • 自然界的晶体都是通过多年的地质变化， 物质内部的原子（分子）重新定向排列演 变而成的变而成的。 •