粉末X-射线衍射教学讲义.pptx

粉末X-射线衍射粉末X-射线衍射晶体结构基础X-射线概述、原理、技术及数据收集粉末X-射线衍射应用、误差来源实践环节：合成、衍射、计算机数据分析和结构作图粉末X-射线衍射应用案例教学课程总结汇报6学时，三次课6学时4学时，两次课参考书籍：1.《粉末衍射法测定晶体结构》，科学出版社，梁敬魁编著。2.《无机材料化学》北京大学出版社，林建华，荆西平编写。3.《结构化学基础》，北京大学出版社，周公度，段连运编著。粉末X-射线衍射授课纲要粉末X-射线衍射晶体结构基础授课纲要物相概念：单胞，晶系，固溶。原子的堆积方式：立方密堆积和六方密堆积，非密堆积，基本的结构单元；晶面和晶向。晶体结构基本知识和概念：对称操作；布拉维点阵，点群和空间群；国际空间群表的解读；晶体结构的描述，晶体结构作图。参考书籍：1.《结构化学基础》，北京大学出版社，周公度，段连运编著。2.《无机材料化学》北京大学出版社，林建华，荆西平编写。致谢：本课件晶体结构部分中部分内容参考了北京大学化学与分子工程学院荆西平教授的《无机材料化学》以及我校刘来君教授《金属显微结构》ppt。粉末X-射线衍射物相概念物相：从物理意义上可以区分和分离的物质。分类：固相、液相、气相、超临界相(汽液双重性)。固体中物相区分结晶态非晶/无定形/玻璃态组成不一样结构不一样：对称性组成一样，结构不同：同素异形体(Polymorphism）结构相同，组成连续变化：固溶体(Solid Solution)、合金(alloy)粉末X-射线衍射物相区分(1)同素异形体(Polymorphism）碳(诺贝尔奖家族)：石墨，金刚石、足球烯钛的低温和高温物相 882.5?Ca = 3.32?c = 4.68?a = 2.95??-钛：体心立方密堆积?-钛：六方密堆积粉末X-射线衍射物相区分(2)固溶体:具有连续变化组成的属于同一物相的物质。例1：Cu：面心立方结构，a = 3.615 ?Ni：面心立方结构，a = 3.516 ?Cu和Ni完全固溶：合金例2：Al：面心立方结构，a = 4.049 ?Mg：六方结构，a = 3.208 ?，c = 5.210 ?Al和Mg部分固溶：合金合金：添加其他金属元素形成固溶体，改善原有基质材料的物理和力学性质。固溶强化 (Solid –solution Strengthening)：Mg的添加提高Al的硬度(铝合金）粉末X-射线衍射结晶物相描述:晶胞参数单胞(cell)：晶体结构中最小的重复单元，用三个轴来描述。这三个轴的长度和各自夹角称为晶胞参数(Cell parameters)。??b?a?-钛：立方单胞，a = b = c = 3.32?, ， ? = ? = ? = 90?. ?-钛：六方单胞，a = b = 2.95 ?，c = 4.68 ?， ? = ? = 90? ，? = 120 ?. c粉末X-射线衍射结晶物相描述：晶系单胞类型：7大晶系：晶系特征对称元素晶胞类型立方四个沿体对角线的三重轴a = b = c, ? =? =? = 90?六方六重对称轴 (c轴)a = b ? c, ? =? = 90?, ? =120?四方四重对称轴 (c轴)a = b ? c, ? =? = ? = 90?三方三重对称轴a = b ? c, ? =? = 90?, ? = 120?a = b = c, ? =? =? ? 90?正交垂直的两个镜面或三各二重轴a ? b ? c, ? =? =? = 90?单斜两重对称轴或对称面a ? b ? c, ? = ? = 90? ? ?三斜无a ? b ? c, ? ? ? ? ? ? 90?六方Hexagonal棱形Rhombohedral粉末X-射线衍射晶体结构：紧密堆积紧密堆积层紧密堆积层上方或者下方层中原子所处的位置。层的堆积粉末X-射线衍射晶体结构：立方密堆积第三层与第一层不同，第二层称为立方(c)层。粉末X-射线衍射晶体结构：六方密堆积第三层与第一层等同，第二层称为六方(h)层。粉末X-射线衍射晶体结构：密堆积与非密堆积立方密堆积：形成面心立方结构(Face-center cubic)(111) 晶面面心立方单胞原子在(111) 面上的密堆积非密堆积：体心立方结构(Body-center cubic)(011) 晶面原子在(011) 面上的堆积体心立方单胞粉末X-射线衍射金属晶体结构：原子堆积中的间隙位置体心立方面心立方六方密堆积八面体空隙八面体空隙八面体空隙四面体空隙四面体空隙四面体空隙粉末X-射线衍射晶体结构：基本的结构单元组成晶体结构的基本单元有：三角形，四边形，四面体，四方锥，三角双锥，八面体，棱柱体，五角双锥，立方体。三角形四面体四边形四方锥三角双锥八面体棱柱体五角双锥立方体粉末X-射线衍射无机固体材料的重要结构