材料测试分析技术（绪论_XRD）.ppt

材料分析测试方法刘桂香材料科学与工程学院 Email: liuguixiang@swust.edu.cn;一、课程重要性 二、课程主要内容 三、本课程教学目的基本要求 四、本课程与其他课程的关系 ;二、课程的主要内容 ;1、X-射线衍射分析 ：物相成分、结晶度、晶粒度信息 2、电子显微镜 ：材料微观形貌观察 3、热分析 ：分析材料随温度而发生的状态变化 4、振动光谱：分子基团、结构的判定 5、X-射线光电子能谱 ：一种表面分析技术，表面元素分析 6、色谱分析：分析混合物中所含成分的物理方法 ;三、课程教学目的和基本要求;四、本课程与其他课程的关系;§1 X射线物理基础;一、X射线的发现;二、X射线的性质;1、波动性; 当解释X-ray与物质相互作用所产生的物理现象（如光电效应、二次电子等）时，须将X-ray看成一种微粒子流（光子流）。 X-ray作为一种粒子流，它的强度为光子流密度与每个光子能量的乘积。;三、X射线的获得;;四、X射线谱;(1)产生原理：在X射线管中，从阴极发出的电子在高电压作用下以很高的速度撞向阳极，电子的动能减少，减少的动能中很少一部分转换为X射线放射出。由于撞到阳极上的电子数极多，电子与阳极碰撞的时间和条件各不相同，而且绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同的辐射，因此出现连续X射线谱。;（2）短波极限 极限情况下，电子将其在电场中加速获得的全部动能转移给一个光子，那么该光子获得最高能量和具有最短波长，即短波极限λ0。此时光子的能量： E＝eV＝hν最大＝hc/?0 λ0 = 1.24/V 短波极限λ0只与管电压有关，不受其它因素的影响。;（3）连续X射线的总强度 连续X射线的总强度的经验公式：I连续=kiZVm;2、特征X射线谱;（2）产生机理 特征X射线产生的根本原因是阳极材料（靶材）原子内层电子的跃迁。;产生K激发的所需能量为WK＝hυK，阴极电子的能量必须满足eV≥WK＝hυK，才能产生K激发。其临界值为eVK＝WK ，VK称之临界激发电压。;处于激发状态的原子有自发回到稳定状态的倾向，此时外层电子将填充内层空位，相应伴随着原子能量的降低。原子从高能态变成低能态时，多出的能量以X射线形式辐射出来??因物质一定，原子结构一定，两特定能级间的能量差一定，故辐射出的特征X射波长一定。;Kα双线的产生与原子能级的精细结构相关。L层的8个电子的能量并不相同，而分别位于三个亚层上。Kα双线系电子分别由LⅢ和LⅡ两个亚层跃迁到K层时产生的辐射，而由LI亚层到K层因不符合选择定则（此时Δl＝0），因此没有辐射。;这些辐射中L、M、N系列的辐射强度很弱，波长长，容易被吸收。K系特征辐射最强，尤其是Kα，是X射线分析中最常用的X射线。 由于Kα1和Kα2波长相差很小。一般将它们视为同一条线Kα。 LIII--K 的跃迁几率比LII—K跃迁高1倍。I Kα1:I Kα2≈2:1 其波长用二者的加权平均。;连续谱 (软X射线) ;(3)莫色莱定律;五、X射线与物质的相互作用;1、散射;（2）非相干散射（康普顿散射） ; 相干散射;2、光电效应; 光电子;六、X射线的吸收及其作用; 吸收系数在一定区间内是连续变化的, 且随波长的增大而增大。;当波长变化到?K时，质量吸收系数产生了一个突变，这是由于入射X射线的光量子能量达到激发该物质元素的K层电子的数值，而被吸收并引起二次特征辐射。;X射线的衰减小结;2、吸收限的应用 ---X射线滤波片的选择 ;滤波片的选择规律 ： 1、 Z靶＜40时，Z滤＝Z靶-1； 2、 Z靶＞40时，Z滤＝Z靶-2;滤波片 ;3、吸收限的应用 ---阳极靶材料的选择 ;七、X射线的危害及防护;小　结;3、X射线谱;4、 K系特征谱 ;5、λ与Z的关系;1．名词解释：相干散射、不相干散射、吸收限。 2．X射线产生的基本条件是什么？ X射线的本质是什么？3．连续X射线的特点？ 4．如何选用滤波片的材料？5．特征X射线谱与连续谱的发射机制之主要区别何在？6．实验中选择X射线管以及滤波片的原则是什么？已知一个以Fe为主要成分的样品，试选择合适的滤波片。7.计算当管电压为50KV时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大动能。;§2 倒易点阵（倒点阵）;一、几何晶体学概述;2、空间点阵（空间格子） ;3、晶系与布拉菲点阵;原始格子;4、单位晶胞; 晶体结构=空间点阵 +结构基元;（二）、晶体学指数 1、晶格常数 平行六面体的三个棱长a、b、c 及其夹角α、β、γ 2、晶面和晶面指数 晶面：几何多面体的界面，晶格内部面网的反映。 （