結構分析唐老師部分作業匯總第一次作業1、請寫出晶體的定義。試說明什么是單晶體？什么是多晶體？定義：質點(原子、離子或分子)在空間按一定規律周期性重復排列構成的固體物質?；緸橐粋€空間點陣所貫穿的整塊固體稱單晶體，簡稱單晶；由許多小單晶按不同取向聚集形成的固體稱多晶。2、晶格與點陣是何關系？晶體結構與點陣、結構基元是何關系？原子參數與陣點坐標是何關系？晶體是由原子、離子或分子在空間按一定規律周期性重復地排列所構成的固體物質，將其中周期性排列的重復單元抽象成在空間以同樣周期性排列的相同幾何點，這些點所構成的陣列稱為點陣(lattice)，或空間點陣、空間格子。沿三個不同的方向，通過點陣中的點陣點可以作許多平行的直線族和平行的晶面族，使點陣形成三維網格。這些將點陣點全部包括在其中的網格稱為晶格。帶有原子、離子、分子或其集團的點陣就是晶格。晶體結構=點陣+結構基元對于點陣點坐標和原子參數，它們對于3個坐標軸的方向是相同的，但是點陣點坐標的度量單位是點陣周期，而原子參數的度量單位是晶胞參數。3、晶體的晶胞類型共分為哪幾種？空間格子(點陣)可分為幾類？每一類晶系各有多少種空間點陣格子形式？請分別寫出。晶胞是描述晶體微觀結構的基本單元，有素晶胞和復晶胞之分。如果點陣點都處于平行六面體的頂點，每個平行六面體只有一個點陣點，此空間格子稱為素格子，以P表示；如果體心還有點陣點，則此空間格子稱為體心格子，以I表示；如果所有平面格子中心有點陣點，則稱為面心格子，以F表示；如果僅一對相對的平面格子中心有點陣點，則此空間格子稱為底心格子，視相對面位置分別以A,B或C表示。晶體分為7個晶系(立方、六方、四方、三方、正交、單斜和三斜),依據特征對稱元素和正當點陣單位的劃分規則,晶體的點陣分為14種空間點陣型式：簡立方(cP)、體心立方(cI)、面心立方(cF)、簡六方(hP)、簡四方(tP)、體心四方(tI)、R心六方(hR)、簡正交(oP)、C心正交(oC)、體心正交(oI)、面心正交(oF)、簡單斜(mP)、C心單斜(mC)和簡三斜(aP))。4、請寫出Laue第一方程式的數學表達式，并說明各物理量含義。表達式：Δ＝a(cosβ1－cosα1)＝Hλ。其中，Δ為光程差，a為點陣周期，λ為入射線的波長，H取整數(0,±1,±2,…)，稱為Laue第一干涉指數，α1為入射X射線與點陣直線的夾角，β1為散射X射線與點陣直線的夾角。5、請寫出Bragg定律的數學表達式，并說明各物理量含義。表達式：Δ＝2d(hkl)sinθn＝nλ。式中d(hkl)為晶面間距，θn為Bragg角或掠射角，n為衍射級數，取整數1、2、…，對應稱一級、二級、…衍射，λ為入射線的波長。第二次作業1、滿足Laue方程或Bragg方程是否一定能產生衍射？不一定,實際上，滿足衍射方程只是可能產生衍射現象，是否一定有衍射發生還需要考慮到衍射強度，因此晶體產生衍射的充分必要條件是：(1).滿足Bragg方程(2)衍射強度非0。2、描述晶體衍射現象的動力學理論和運動學理論分別適用于哪種類型晶體？用于描述晶體衍射現象的理論有兩種：動力學理論和運動學理論。動力學理論適用于大塊完整晶體，而運動學理論適用于嵌鑲結構晶體(即多晶).3、什么是系統消光？產生的原因是什么？不同類型點陣結構的系統消光現象有什么規律？在晶體衍射中，一些符合Bragg定律的衍射點有規律地、系統地消失的現象稱為系統消光。點陣消光是因晶胞中原子(陣點)排布位置而導致的|F|2=0的現象。實際晶體中，位于陣點上的結構基元若非由一個原子組成，則結構基元內各原子散射波間相互干涉也可能產生|F|2=0的現象，這種在點陣消光的基礎上，因結構基元內原子位置不同而進一步產生的附加消光現象，稱為結構消光。系統消光出現的規律：簡單點陣(P)結構不會出現系統消光；體心點陣(I)結構，僅當衍射面指數之和h+k+l為奇數時，出現系統消光；面心點陣(F)結構，當衍射面指數h、k、l為異性數(部分為偶數、部分為奇數)的晶面族出現系統消光；底心點陣(C)結構，底心點陣結構h、k為異性數的晶面族出現系統消光；金剛石結構，發生系統消光的條件為：(1)h、k、l為異性數；或(2)h、k、l均為偶數而(h+k+l)/2為奇數；密排六方(HCP)結構，當(h+2k)為3的倍數、而l為奇數時出現系統消光。4、三種底心點陣(A,B,C)結構的消光規律是否相同?試通過數學推導說明之。不相同。對于底心點陣（A,B,C），I∝|Fhkl|=f2[1+eiπ(h+k+l)]2.。對于底心點陣（A）：h=0,當K+L=0,時，出現系統消光；對于底線點陣（B）：K=0，h+L=0時，出現系統消光；對于底心點陣（C）：L=0，h+k=0時，出現系統消光。5、決定多晶粉末的衍射強度有多方面因素，除結構因素外，還主要包括哪些方面因素？包括吸收因子,A(q)、多重性因子,Phkl、溫度因子,e-2M、角因子,Lp(θ)6、為什么實際工作中X－射線晶體衍射通常選擇波長范圍在0.5~2.5?？根據Bragg方程可以看出，只有當所用X－射線的波長與晶面間距在數值上很接近時才能產生衍射，而如果波長過短使衍射角過小則難以測量，因此X－射線晶體衍射通常使用的射線波長約為0.5~2.5?。第三次作業1、X－射線的本質是什么？誰首先發現了X－射線？X－射線的本質是一種電磁波，倫琴首先發現了X射線，Lanue揭示了X射線的本質。2、何謂元素特征X－射線譜？它是如何產生的？陽極靶材原子的核外電子受陰極高能電子的撞擊從而激發形成空位，外層高能態電子躍遷到低能態空位從而釋放能量——標識X射線。核外各層電子的標識X射線構成了連續X射線譜特征X－射線的產生與陽極靶原子中內層電子的躍遷有關。如果射線管加速電壓足夠高，即由陰極發射的電子其動能足夠大，則當它轟擊陽極靶時，就可以使靶原子中某個內層電子脫離原來所在能級，導致靶原子處于受激狀態。此時，原子中較高能級上的電子便將自發躍遷到該內層空位上去，此退激過程伴有能量的釋放，多余能量以X－射線量子輻射出去。X－射線衍射從實驗方法上可大致劃分為哪幾種？4、X－射線粉末衍射儀由哪幾大部分組成，核心部件是什么？粉末X－射線衍射儀由X－射線發生器、測角儀、探測－記錄系統三部分組成，核心部件是測角儀。5、X－射線衍射儀按結構和用途可分為哪些類型？X－射線衍射儀按其結構和用途，主要可分為測定粉末試樣的粉末衍射儀和測定單晶結構的單晶衍射儀，此外還有微區衍射儀、薄膜衍射儀等特種衍射儀。6、X－射線探測器主要有哪些類型？包括計數器—蓋格計數器、正比計數器和閃爍計數器、能量探測器、面探測器、陣列探測器。第四次作業1、在制備粉末試樣時，可以采用哪些方法有效降低晶粒的擇優取向性？采用X－射線衍射法測試粉末樣品時，對粉末的粒度一般有什么要求？為什么？克服擇優取向沒有通用的方法，根據實際情況可以采用以下幾種：試樣粉末盡可能細，裝樣時用篩子篩入，先用薄玻片剁實并盡可能輕壓等；把試樣粉末篩落在傾斜放置的粘有膠的平面上通常也能減少擇優取向，但是得到的試樣表面較粗糙；或者通過加入各向同性物質(如MgO、CaF2等)與試樣混合均勻，混入物還能起到內標的作用。任何一種粉末衍射技術都要求試樣是十分細小的粉末顆粒，使試樣在受光照的體積中有足夠多數目的晶粒。因為只有十分細小的粉末顆粒的數目足夠多，才能滿足獲得正確的粉末衍射圖譜數據的條件：試樣受光照體積中晶粒的取向完全隨機，以保證用照相法獲得相片上的衍射環是連續的線條，或者保證用衍射儀法獲得的衍射強度值有很好的重現性。此外，將試樣制成很細的粉末顆粒，還有利于抑制由于制樣帶來的擇優取向；而且在定量解析多相試樣的衍射強度時，可以忽略消光和微吸收效應對衍射強度的影響。2、X－射線衍射在結構分析方面有哪些具體應用？包括建立PDF數據庫、物相定性定量分析、結構確定及精修、應力分析、織構分析等方面。3、為什么采用射線衍射方法可以進行物相定性分析？定性分析中常用的比較方法有哪些？任何結晶物質都有其獨立的化學組成和結構參數(點陣類型、晶胞大小、晶胞中質點的數目及坐標等)。當射線通過晶體時，產生獨特的衍射信號，對應一系列特定的面間距d和相對強度I/I1值。其中d與晶胞形狀及大小有關，I/I1與質點的種類及位置有關。所以，任何一種結晶物質的衍射數據d和I/I1是其晶體結構的必然反映。不同物相混在一起時，它們各自的衍射信號將同時出現、互不干擾地疊加在一起，因此，可根據各自獨特的衍射數據來鑒定各種不同的物相。常用方法：圖譜直接對比法、數據對比法、計算機自動檢索鑒定法。4、X－射線衍射的物相定量分析包括哪些方面內容？用于物相定量的方法有哪幾種？內容：衍射峰位置的測量、點陣常數的測定和應用、衍射線強度的測量和應用。方法：直接對比法、內標曲線法、外標法、無標樣分析法。5、通過X－射線衍射線增寬可以分析晶粒大小，其原理是什么？有哪些需要注意的方面？由Scherrer公式βhkl＝0.89λ/(Dhklcosθhkl)，式中βhkl為衍射峰寬，單位為弧度；λ為入射X－射線波長；θ為晶面(hkl)的衍射角，D微晶粒大小。注意：（1）由于多晶試樣中各晶粒大小不一，因而用以上公式求得的晶粒大小實際上是各晶粒大小的平均值。（2）由于晶粒的形狀一般不是球形，故用不同(hkl)衍射求得的Dhkl是不同的。（3）在使用常規衍射儀時，使用上式可求得的晶粒大小的上限約為200nm，若儀器的分辨率提高，該上限也可提高。6、宏觀殘余應力和微觀應力對X－射線衍射有何影響？一般國內提到(宏觀)(殘余)應力時都是指第I類內應力，而相應地將第II類和第III內應力稱為“微觀應力”。對于存在內應力的固態結晶物質(單晶粒或多晶粉末)，第I類內應力表現為使X－衍射線位移；第II類內應力主要表現在使衍射線寬化，有的也產生衍射線位移；笫III類內應力主要影響衍射強度。7、何為織構？織構與擇優取向有何區別？在多晶材料中，小晶粒的取向不一定是完全混亂的，某個或某些晶向會在某個或某些方向比較集中，此種現象就稱為擇優取向。這種晶粒取向的相對集中的分布狀況形成的構造就稱織構。第五次作業1、電子顯微鏡大體上可分為哪兩大類型？大體上可分為掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡。2、電子衍射分析方法主要有哪幾種？有選區電子衍射(SAED)、微束/微微束電子衍射(mED/mmED)、會聚束電子衍射(CBED)、背散射電子衍射(EBSD)、低能電子衍射(LEED)及低能正電子衍射(LEPD)、掃描電子衍射(SED)、高分辨電子衍射(HRED)、高分散性電子衍射(HDED)等。3、電子衍射的花樣有哪些類型？有斑點花樣、菊池線花樣、會聚束花樣。4、單晶的選區電子衍射花樣可以直觀反映出晶體的點陣結構和位向，請寫出各種常見晶粒形貌對應的衍射花樣斑點形狀。晶形衍射斑形狀小立方體 六角形星芒小球體 大球加球殼盤狀體 桿針狀體 盤5、多晶與單晶的選區電子衍射在花樣上有何異同？區別：單晶由于只有一個晶格，電子衍射圖樣是大量衍射亮點，排布成環狀。多晶是由多個晶粒組成的，其電子衍射花樣是連續的同心圓環。相