XRD原理及其应用.ppt

◇Assume that the diffraction profile divergence due to crystallite size can be approximated with the Cauchy function, And that the diffraction profile divergence due to lattice distortion can be approximated with the Gaussian function. (1)、（2）式代入（5）式中得： Knowledge about X-ray 一. X-ray 1.1 X射线的产生及其性质 X射线是1985年德国物理学家 伦琴 再研究阴极射线时发现的，它的本 质是一种电磁波，波长在 m左右, 大约与晶体中的原子间距是一个量级。 伦琴 1.1.1 X射线的产生 （1）高速电子流轰击金属靶材获得X-ray （2）同步辐射X-ray 当电子做曲线运动，并且被加速到足够的能量时，它便向轨迹的切线方向辐射X-ray波段范围的电磁波。 1.1.2 X射线的性质 穿透能力强、不可见、能杀死生物细胞、通过物体时可被吸收和散射。 1.2 X射线谱 X射线分为两类： （1）具有连续波长的X射线——连续X射线，也称为多色X射线。 （2）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射线谱，与可见光中的单色光相似，故也称为单色X射线。 1.2.1 连续X射线谱 如左图不同管电压下的连续X射 线谱的特点 （1）连续X射线的强度是随波长 的变化而连续变化。 （2）每条曲线都有一个强度最大值。 （3）短波长方向有一个短波极限 （4）管电压升高，X射线强度增加 连续X射线的产生机理 量子理论认为能量为eV的电子与靶 材原子碰撞时，电子失去能量，一 部分能量以光子的形式辐射。每碰 撞一次产生一个能量为 的光子。 单位时间内到达阳极靶材的电子数 目是极大量的，有的有可能只进过一次碰撞就耗尽全部的能量，绝大部分电子经历了多次碰撞，逐渐消耗自己的能量，多次碰撞多次辐射，由于多次辐射中各个光子的能量不一样，因此出现一个连续X射线谱。 1.2.2标识X射线谱 标识X射线是在连续谱的基础上产生的， 当管电压达到一定程度（激发电压）时， 才可以产生标识X射线谱。 标识X射线的产生机理 标识X射线的产生机理与阳极物质的的原子内部结构密切相关。原子内的电子按泡利不相容和能量最低原理分布在各个能级。原子系统内的能级是不连续的，按其能量的大小分为数层，用K、L、M、N、O、P、Q命名。K层能量最低，最靠近原子核。 K态（击走K电子） L态（击走L电子） M态（击走M电子） N态 击走价电子 中性原子 M N La Ma 原子能级示意图 在电子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时，低能级上出现空位，原子系统的能量升高，处于激发状态，而激发态是不稳定的，随后较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁，使原子的系统能量重新降低而趋于稳定，这种跃迁将以光子的形式辐射出标识X射线源。 [例如：当K 层电子被击出时，原子处在K激发态（K系激发）。随后，K层的空位被高能级电子填充，这是产生的辐射称为K系辐射。在K系辐射中，当K层的空位被L层的电子填充时，空位从K层移动到L层，则受激原子从K激发态跃迁到L激发态，产生L激发态，产生 辐射。当K层空位被M层电子填充时，产生 辐射] 1.3 X射线与物质的相互作用 当一束X射线通过物体时，它的能量可分为三部分：其中一部分被散射，一部分被吸收，部分透过物体继续沿原来的方向传播。 1.3.1 X射线的散射 X射线被物体散射时有两种散射现象：相干散射和非相干散射。 1.3.2 X射线的吸收 X射线通过物体时会发生能量损耗（这种现象称为真吸收）。真吸收主要是由原子内部的电子跃迁而引起的。在这过程中发生X射线的光电效应和俄歇效应，部分能量转变为光电子、荧光X射线及俄歇电子的能量。 1.4 X射线衍射峰的形成 X射线在晶体中的衍射实质是各原子的散射波之间干涉的结果。 根据经典电动力学的观点，当X射线经过物体所发生的相干散射可这样描述：当X射线通过物体时，物体内的电子在其电磁场的作用下被迫振动，振动的频率也X射线的频率相同，此刻原子可以看做新的电磁波的波源，但是其波的方向是四面八方的！ 描述X射线衍射几何的方法有：厄瓦尔德图解、布拉格方程和劳厄方程。它们是等效的，任何一种表达式都可以推出另外两种表达式。 在介绍这三种表达式之前，先浅谈一下倒易空间。 1913年，