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第二讲 X射线衍射的方向和强度;典型XRD曲线;2.1 布拉格方程1.定义 根据布拉格的证明,可以将晶体的衍射现象看作是由晶体某些晶面的镜面反射的结果。但不是任意的晶面,而只有这样的晶面:它与入射X射线所形成的角度θ和该晶面面距d 以及入射线的波长λ 符合与下列式时,才能产生反射:
n 为任意正整数,称为衍射级数。
n=1时,衍射最强。;公式推导; 2.布拉格方程的应用 上述布拉格方程在实验上有两种用途。
a)首先,利用已知波长的特征X射线,通过测量θ角,可以计算出晶面间距d。这种工作叫做结构分析.
b)其次,利用已知晶面间距 d的晶体,通过测量θ 角,从而计算出未知X射线的波长.后一种方法就是X射线光谱学.;2.2 衍射的基本方程式;公式推导;2、原子面的衍射(二维点阵衍射) 设入射线与原子面的X、Y轴分别成α0与β0 角,在X、Y轴上原子的重复周期分别为a与b,则在和X、Y轴成α、β角的方向上,整个原子面所有原子的散射波产生相长干涉的条件为:
式中 λ为单色X射线的波长,H、K为任意整数,称为衍射线的干涉指数。
;3.空间点阵的衍射(三维点阵的衍射) 空间点阵衍射的一般条件是:衍射方向同时满足下列三个方程式:
式中a、b、c为空间点阵三个基本矢量方向上结点列的重复周期α0 ,β0 ,γ0为入射线与这三个基本矢量的夹角, α、β、γ 为所考虑的衍射方向与三个基本矢量的夹角,H、K、L 为任意整数,称为衍射线的干涉指数.;布拉格方程应用举例:
将多晶铝片进行X射线衍射分析,λ=0.1542nm,Cu为阳极靶。
问:其最低角衍射束的衍射角2θ是多少?
提示:1、要知道晶体结构及点阵常数
2、要知道最低衍射束的晶面及面间距
3、利用布拉格方程求解;解答:;严格定义:单位时间内通过衍射方向相垂直的单位面积上X射线光量子的数目(难测,无实际意义)
衍射峰高低(积分强度integrated intensity)
体现在照片底片 →黑度
衍射方向:θ角→λ一定,取决d →反映晶胞大小及形状→Bragg方程
衍射强度:原子种类及在晶胞中的位置,无法用Bragg描述→定性定量分析,??溶体有序化及点阵畸变分析
;1 X射线对晶体的散射; 晶体是由原子组成原子是由原子核和核外电子组成,X射线与晶体的作用首先要分析其与电子的作用
X射线照射电子→电子强迫振动→辐射电磁波;本页公式仅作了解,知道它们是干什么的就可以了,不用背,不用推导。; 电磁波理论:原子对X射线的散射由电子引起,是由于原子核的质量远大于电子。
mame~1800多倍,由原子核引起的散射弱
实质:X射线对原子核散射是原子中电子散射波叠加;c、一个晶胞对X射线的散射(结构因子);;本页无需掌握,了解即可;;结构因子计算;1)简单晶胞;2)底心斜方;3)体心立方;4)面心立方;3 多晶体晶体的衍射强度;b、洛仑兹因子
(比较复杂,只引出结果)
(一)晶粒大小的影响
晶体很薄时的衍射强度:使峰宽化
B=λ/mdsinθ m-晶面层数
晶体二维方向也很小
I ∝λ 3/vcsin2 θ
数目多,强度↑;(三)衍射线位置;c、吸收因子
圆柱试样:
平板试样:
d、温度因子
讨论Bragg方程时,认为原子不动,而实际存在热振动
RT:Al, Δd=0.017nm;粉末法的衍射线强度;小结;练习题2
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