X射线基本理论.ppt

X射线衍射技术  总复习; 概述;X射线衍射术是一种应用于材料分析的高科技无损检测方法，可以采用这种方法进行分析研究的材料范围非常广泛，包括金属、矿物、聚合物、催化剂、塑料、药物、薄膜镀层、陶瓷和半导体等。X射线衍射方法的应用遍及工业和科研院所，现已成为一种不可缺少的材料研究表征和质量控制手段。具体应用范围包括定性和定量相分析、结晶学分析、结构解析、织构和残余应力分析、受控样品环境、微区衍射、纳米材料、实验和过程的自动控制等。;;第1章 X射线的物理学基础 ;Ｘ射线的强度Ｉ随波长λ而变化的关系曲线称之为Ｘ射线谱。由X射线管发射出来的X射线可以分为两种类型：其一是含有从某一短波限λ０开始，直到波长等于无穷大λ∞的一系列波长所构成的连续X射线谱，它和可见光的白光相似，故也称白色Ｘ射线。另一种是在连续谱的基础上叠加若干条具有一定波长的谱线，构成标识（特征）X射线，它和可见光中的单色光相似，故也可称为单色Ｘ射线。; 特征X射线谱：特征X射线谱是在连续谱的基础上产生的，如果当管电压超过某一临界值后，在某些特定波长位置上，出现强度很高、非常狭窄的谱线叠加在连续谱强度分布曲线上。改变管流、管压，这些谱线只改变强度，而波长固定不变，这就是特征X射线辐射过程所产生的特征X射线谱。 ;;在X射线管中，高速电子轰击阳极时，阳极物质的原子被轰击为激发状态，即可能把原子的内层电子打到能级较高的未饱和的电子层去，或打到原子外面去，这时原子的能量增高处于激发状态，为恢复原来正常状态，能量较高的外层电子会向内层跃迁来填充内层空位，此时就以辐射形式放出能量，因为原子的能量是量子化的，因此形成线谱，而且原子中各电子壳层有一定能量。因此电子在各层之间跳跃时可释放能量也是一定的，这意味着原子由激发状态恢复到正常状态可发出的电磁辐射具有一定的波长，各种元素的电子壳层结构不同，因此各元素有自己特有的标识谱。 所以X射线的产生是由于原子内层电子能级间的跃迁 而产生的。;莫塞莱定律;有关Kβ、Kα，Kα1Kα2的识别； 在任何元素的K线系中，最强的谱线是α1 和α2他们是从LⅢ和LⅡ跃迁到K产生的。 而Kβ，它是MⅢ→ K所产生的结果，β线比起α线来强度要弱得多。;;X射线管的效率η为: 短波限的产生， λ0=hc/ev 0=12.4/V （?）（V的单位用KV）。 式中x为穿透物质的厚度，I0为入射时X射线的强度，I为穿过x厚物质后的X射线的强度。 通常将衰减后的强度与入射强度比 称为穿透系数。 ;X射线与物质的相互作用 ;实际上，相干散射并不损失射线的能量，而只是改变了它的传播方向，但对入射线方向来说，却起到了强度衰减的作用。 二、非相干散射（康普顿散射）：X射线光子与束缚力不大的外层电子 或自由电子碰撞时电子获得一部分动能成为反冲电子，X射线光子离开原来方向，能量减小，波长增加。 X射线的散射现象，理论与实验的符合，不仅有力地证实了光子理论，而且也证实了能量守恒和动量守恒两条定律，在微观粒子相互作用的基本过程中，也同样严格地遵守。 非相干散射线之间虽然不能发生干涉作用，但在衍射花样中却能增加连续背景，因此，非相干散射给衍射图谱会带来不利影响。;线吸收系数：线吸收系数μl的物理意义为X射线通过1立方厘米物质时强度的相对衰减量。 质量吸收系数：密度为ρ的1cm3物质含有ρ克，因此，每克物质所引起的相对衰减量为 这就是质量吸收系数的物理意义。 复杂化合物的质量吸收系数：;例题;第2章 晶体学基础;晶体一般的特点是什么?点阵和晶体的结构有何关系？ ; （2）晶体结构中的每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系： 点阵结构＝点阵＋结构基元 点阵＝点阵结构－结构基元 ;2、晶面、晶面指数、晶面间距： 晶面：晶体点阵在任何方向上可分解为相互平行的结点平面，这样的结点平面称为晶面。 晶面指数：结晶学中经常用（hkl）来表示一组平行晶面，称为晶面指数。数字hkl是晶面在三个坐标轴（晶轴）上截距的倒数的互质整数比。 晶面间距：是指一族平行的晶面中两个相邻的晶面的垂直距离。它一般与点阵参数a、b、c、α、β、γ和晶面指数有关。 3、晶带定理：晶带轴[u v w] 与晶带的晶面（h k l）之间符合下列关系： hu + kv + lw = 0 ;u=k1l2－k2l1 v=l1h2－l2h1 w=h1k2－h2k1 4、晶体的分类：7大晶系→14种布拉菲点阵→32种点群→230种空间群； 低级晶族、中级晶族、高级晶族。 5、晶面间距的计算。 ;三斜-anorth