X射線的方向演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有63頁\編輯于星期一優(yōu)選X射線的方向現(xiàn)在是2頁\一共有63頁\編輯于星期一連續(xù)譜(軟X射線)高速運動的粒子能量轉(zhuǎn)換成電磁波譜圖特征:強度隨波長連續(xù)變化是衍射分析的背底;是醫(yī)學采用的特征譜(硬X射線)高能級電子回跳到低能級多余能量轉(zhuǎn)換成電磁波僅在特定波長處有特別強的強度峰衍射分析采用現(xiàn)在是3頁\一共有63頁\編輯于星期一X射線與物質(zhì)的相互作用

熱效應(yīng)

光電效應(yīng)（吸收體的某殼層電子受Ｘ射線輻射時，吸收了足夠的Ｘ射線光量子的能量，從內(nèi)層溢出成為自由電子（光電子）而在內(nèi)層中留下空位，外層電子向內(nèi)躍遷復(fù)合空位的過程中，向外輻射特征Ｘ射線（二次Ｘ射線，或稱熒光Ｘ射線），成分分析：用于Z>20的重元素）俄歇效應(yīng)（除了同時發(fā)生光電效應(yīng)外，外層還有一個鄰近電子吸收多余的Ｘ射線光量子能量，躍出吸收體，成為俄歇電

現(xiàn)象子，從而在外層中留下兩個空位，俄歇電子的能量ＥＫＬ收體元素的特征，成分分析：用于表層輕元素）

吸收系數(shù)與吸收限（吸收限的本質(zhì)（光電效應(yīng)）及吸收限的應(yīng)用）******第1章內(nèi)容提要******現(xiàn)在是4頁\一共有63頁\編輯于星期一圖1-11光電子、俄歇電子和熒光x射線三種過程示意圖現(xiàn)在是5頁\一共有63頁\編輯于星期一物質(zhì)對Ｘ射線的散射

相干散射(當x射線與原子中束縛較緊的內(nèi)層電子相撞時，光子把能量全部轉(zhuǎn)給電子。但光量子能量不足以使原子電離，但電子可在Ｘ射線交變電場作用下發(fā)生受迫振動，這樣的電子就成為一個電磁波的發(fā)射源，向周圍輻射與入射Ｘ射線波長相同的輻射，可能相互干涉－－－衍射的基礎(chǔ)）

非相干散射（當x射線光與束縛力不大的外層電子相碰撞時，這個電子將被撞離原運行方向同時帶走光子的一部分動能成為反沖電子；x射線光量子也因碰撞而損失掉一部分能量，使得波長增加并與原運動方向偏離2θ角－－－不能衍射，形成背底，越小越好）物質(zhì)對Ｘ射線的透射******第1章內(nèi)容提要******現(xiàn)在是6頁\一共有63頁\編輯于星期一相干散射因為是相干波所以可以干涉加強.只有相干散射才能產(chǎn)生衍射,所以相干散射是X射線衍射基礎(chǔ)不相干散射因為不相干散射不能干涉加強產(chǎn)生衍射,所以不相干散射只是衍射的背底現(xiàn)在是7頁\一共有63頁\編輯于星期一

作業(yè)：P15-16:3,6,7

現(xiàn)在是8頁\一共有63頁\編輯于星期一第二章X射線衍射方向

2-0

引言前面已經(jīng)了解了x射線的本質(zhì)。在X射線衍射理論所要解決的中心問題衍射現(xiàn)象與晶體結(jié)構(gòu)之間建立起定性和定量的關(guān)系。為此，有必要對晶體幾何學作一簡單介紹，繼而掌握：晶體中的原子排列方式與x射線的衍射的規(guī)律。現(xiàn)在是9頁\一共有63頁\編輯于星期一第二章X射線衍射方向

在1912年之前，物理學家對可見光的衍射現(xiàn)象已經(jīng)有了確切的解釋，認為光柵常數(shù)(a+b)＝d只要與一個點光源發(fā)出的光的波長為同一數(shù)量級的話就可以產(chǎn)生衍射，衍射花樣和光柵常數(shù)密切相關(guān)。下面讓我們回顧一下何謂光柵及其衍射原理。現(xiàn)在是10頁\一共有63頁\編輯于星期一第二章X射線衍射方向光柵：是根據(jù)多縫衍射原理制成的一種分光元件。在一塊透明的光學玻璃上刻劃大量相互平行、等寬等間距的刻痕就制成了一塊透射式平面刻痕光柵。1、光柵現(xiàn)在是11頁\一共有63頁\編輯于星期一第二章X射線衍射方向當光照射在光柵面上時，刻痕處由于散射不易透光，光線只能在刻痕間的狹縫中通過。因此光柵實際上是由一排密集、均勻而又平行的狹縫組成的。

現(xiàn)在是12頁\一共有63頁\編輯于星期一

2、光柵實驗原理根據(jù)波動光學理論，當單色平行光垂直照射在光柵面上時，將產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，如下圖所示。產(chǎn)生明條紋的條件為

(a+b)sinψk=±kλ

（1）或?qū)憺?/p>

dsinψk

=±kλ

（2）其中d＝a+b是光柵常數(shù)，a和b分別為透光部分和不透光部分的寬度，ψ為衍射角，λ

為入射光波長，k給出了該明紋的級次。現(xiàn)在是13頁\一共有63頁\編輯于星期一光柵實驗原理圖現(xiàn)在是14頁\一共有63頁\編輯于星期一如果入射光不是單色光，由（2）式可以看出，對于同一k級明紋，不同波長的光，其衍射角也不相同。于是復(fù)色光被分解，在同一k級中，按波長大小依次排列。當k＝0時，任何波長的光均滿足，各色光疊加在一起形成白色條紋，稱為中央明紋。因此可以看到，復(fù)色光的衍射圖樣是在中央明紋的兩側(cè)對稱地分布著k＝1，2，3…的各級彩色譜線，稱為衍射光譜。現(xiàn)在是15頁\一共有63頁\編輯于星期一如果已知光柵常數(shù)d，用分光計測出k級光譜中某一明條紋的衍射角，利用式（2）可求出該譜線對應(yīng)的單色光波長。現(xiàn)在是16頁\一共有63頁\編輯于星期一礦物學家認為晶體是由以原子或分子為單位的共振體(偶極子)呈周期排列所構(gòu)成的空間點陣，各共振體間距大約是10-8～10-7cm(1～10?)。法國晶體學家M.A.Bravais計算出晶體將有14種點陣類型。

1895年倫琴發(fā)現(xiàn)x射線，認為x射線是一種波，但無法證實。3、Ｘ射線晶體衍射的提出現(xiàn)在是17頁\一共有63頁\編輯于星期一德國物理學家M.Von.Laue在和青年研究生厄瓦爾德認為X射線是一種波且具有波動性的，而原子在空間的排列間距是1～10?

。如果x射線的波長也與此相當?shù)脑挘w就可以作為X射線衍射的光柵!現(xiàn)在是18頁\一共有63頁\編輯于星期一基于這個設(shè)想，于1912年春，用CuSO4.5H20晶體作試樣，經(jīng)兩次實驗得到了第一張透射花樣照片，并提出了著名的Laue方程。隨后英國物理學家W.HBragg和WL.Bragg(大學生)在Laue試驗的基礎(chǔ)上，于同年推導(dǎo)出了比Laue方程更簡捷的衍射公式——布拉格方程。事實證明：Ｘ射線是波長在0.01～100?的電磁波，原子在空間的排列間距是1～10?

，適當選擇Ｘ射線的波長，即可達成衍射條件。現(xiàn)在是19頁\一共有63頁\編輯于星期一附：可見光的干涉條件可見光的干涉條件：兩束或兩束以上的波，其振動方向相同、頻率相同、位相恒定，而且須是由同一個點光源發(fā)出的。X射線在晶體中的相干散射波基本滿足這些條件。但還需作以下的近似或假設(shè)。現(xiàn)在是20頁\一共有63頁\編輯于星期一4、X射線相干散射條件假定（1）x射線是平行光，且只有單一波長(單色)；（2）電子皆集中在原子中心(因為原于間距遠大于核外電子距離，所以這種近似是可行的)：（3）原子不作熱振動，假設(shè)原子間距沒有任何變化。現(xiàn)在是21頁\一共有63頁\編輯于星期一X射線在晶體上衍射是這樣一個過程：x射線照到晶體．晶體作為光柵產(chǎn)生衍射花樣，衍射花樣反映了光學顯微鏡所看不到的晶體結(jié)構(gòu)的特征。我們的目的就是利用衍射花樣來推斷晶體中質(zhì)點的排列規(guī)律。5、X射線在晶體上衍射是這樣一個過程現(xiàn)在是22頁\一共有63頁\編輯于星期一6、X射線衍射理論所要解決的中心問題在衍射現(xiàn)象與晶體結(jié)構(gòu)之間建立起定性和定量的關(guān)系。現(xiàn)在是23頁\一共有63頁\編輯于星期一2-１晶體幾何學簡介

2.１晶體幾何學簡介晶體具有如下性質(zhì)(1)各向異性：晶體在不同的方向上具有不同的物理性質(zhì)。(2)均勻性：晶體內(nèi)部各個部分的宏觀性質(zhì)是相同的。(3)周期性：原子或原子團在三維作空間周期性排列。現(xiàn)在是24頁\一共有63頁\編輯于星期一(4)固定熔點：晶體具有周期性結(jié)構(gòu)，熔化時，各部分需要同樣的溫度。(5)規(guī)則外形：理想環(huán)境中生長的晶體應(yīng)為凸多邊形。(6)對稱性：晶體的理想外形和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特定的對稱性。

現(xiàn)在是25頁\一共有63頁\編輯于星期一一、晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣等同點與結(jié)點結(jié)構(gòu)基元：原子、分子或其基團晶體結(jié)構(gòu)＝空間點陣＋結(jié)構(gòu)基元現(xiàn)在是26頁\一共有63頁\編輯于星期一晶體的例子剛玉鄰苯二甲酸氫鉀鍺酸鉍電氣石現(xiàn)在是27頁\一共有63頁\編輯于星期一空間點陣現(xiàn)在是28頁\一共有63頁\編輯于星期一cbaγ單胞的大小和形狀可用晶胞參數(shù)確定晶格常數(shù)或點陣參數(shù)用a,b,c,,,表征現(xiàn)在是29頁\一共有63頁\編輯于星期一晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣現(xiàn)在是30頁\一共有63頁\編輯于星期一二、晶系CrystalsystemUnitcellshapeEssentialsymmetry布拉菲點陣立方a=b=c

a=b=g=90FourthreefoldaxesPIF正方a=b≠c

a=b=g=90OnefourfoldaxisPI斜方a≠b≠c

a=b=g=90ThreetwofoldaxesormirrorplanePIFA(BorC)六方a＝b≠c

a=g=90b=120OnethreefoldaxisP菱方a=b=c

a=b=g≠90OnethreefoldaxisR單斜a≠b≠c

a=b=90g≠90OnetwofoldaxisormirrorplanePC三斜a≠b≠c

a≠b≠g≠90noneP現(xiàn)在是31頁\一共有63頁\編輯于星期一二、晶系七個晶系（inEnglish）（三斜）Triclinic:abc,;（單斜）Monoclinic:abc,==90;（斜方)Orthorhombic:abc,===90;(正方）Tetragonal

:a=bc,===90;（菱方）Rhombohedral:a=b=c,==90;（六方）Hexagonal:a=bc,==90,=120;（立方）Cubic:a=b=c,===90現(xiàn)在是32頁\一共有63頁\編輯于星期一三、晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣

簡單點陣類型◆陣點的坐標表示●以任意頂點為坐標原點，以與原點相交的三個棱邊為坐標軸，分別用點陣周期（a、b、c）為度量單位四種點陣類型簡單體心面心底心◆簡單點陣的陣點坐標為000現(xiàn)在是33頁\一共有63頁\編輯于星期一◆底心點陣，C除八個頂點上有陣點外，兩個相對的面心上有陣點，面心上的陣點為兩個相鄰的平行六面體所共有。因此，每個陣胞占有兩個陣點。陣點坐標為000，1/21/20現(xiàn)在是34頁\一共有63頁\編輯于星期一◆體心點陣，I除8個頂點外，體心上還有一個陣點，因此，每個陣胞含有兩個陣點，000，1/21/21/2現(xiàn)在是35頁\一共有63頁\編輯于星期一◆面心點陣。F除8個頂點外，每個面心上有一個陣點，每個陣胞上有4個陣點，其坐標分別為000，1/21/20，1/201/2，01/21/2現(xiàn)在是36頁\一共有63頁\編輯于星期一圖2-3十四種布拉菲點陣現(xiàn)在是37頁\一共有63頁\編輯于星期一圖2-3十四種布拉菲點陣現(xiàn)在是38頁\一共有63頁\編輯于星期一圖2-3十四種布拉菲點陣現(xiàn)在是39頁\一共有63頁\編輯于星期一圖2-3十四種布拉菲點陣現(xiàn)在是40頁\一共有63頁\編輯于星期一現(xiàn)在是41頁\一共有63頁\編輯于星期一課堂提問1為什么只有4種點陣？

為了體現(xiàn)陣胞的周期性，除平行六面體頂點外，只能在體心、面心或底心有附加點陣現(xiàn)在是42頁\一共有63頁\編輯于星期一課堂提問2根據(jù)7種晶系和4種陣胞，應(yīng)當有28種不同的組合，為什么只有14種不同的點陣呢？

這是由陣胞選取的條件所限制的，在28種組合中，有些點陣由于不符合陣胞選取的條件而被另一些陣胞所取代例如，在立方晶系中，不能出現(xiàn)底心點陣，因為與對稱性不符，正方底心點陣可以轉(zhuǎn)換為比其體積小的簡單點陣，面心正方可以轉(zhuǎn)換為體積更小的體心點陣單斜晶系的體心和面心分別可轉(zhuǎn)換為底心菱方晶系只能存在簡單點陣，底心與對稱性不符，體心和面心可轉(zhuǎn)換為簡單點陣六方晶系只存在簡單點陣，考慮到它的六次對稱性而又不違背周期性，選取三個菱方柱的簡單點陣拼成六棱柱形底心點陣三斜的對稱性最低，只能出現(xiàn)簡單點陣

底心正方

簡單正方現(xiàn)在是43頁\一共有63頁\編輯于星期一四、晶向和晶面指數(shù)空間點陣中的結(jié)點平面和結(jié)點直線相當于晶體結(jié)構(gòu)中的晶面和晶向．在晶體學中分別用晶面指數(shù)和晶向指數(shù)或稱密勒(Miller．W．H，英國晶體學家)指數(shù)來表示它們的方向。晶面指數(shù)和晶向指數(shù)的確定方法現(xiàn)在是44頁\一共有63頁\編輯于星期一1、晶面指數(shù)（1）晶面的特性同一方向上的陣點平面

（1）相互平行（2）等距（3）各平面上的陣點分布情況完全相同不同方向上的陣點平面有不同的特性用了陣點平面的方向數(shù)表示—Miller指數(shù)現(xiàn)在是45頁\一共有63頁\編輯于星期一（2）晶面指數(shù)的表示在一組平行的晶面中，任選一個晶面，量出它在三個坐標軸上的截距，并用點陣周期a,b,c為單位來度量寫出三個截距的倒數(shù)將三個倒數(shù)乘以分母的最小公倍數(shù)，把它們化簡為整數(shù)，并用園括號括起來，即為該組平行晶面的晶面指數(shù)現(xiàn)在是46頁\一共有63頁\編輯于星期一計算實例1某晶面在坐標軸上的截距分別為1a，2b，3c其倒數(shù)為1，1/2，1/3化成整數(shù)為6，3，2該晶面的Miller指數(shù)為（632）現(xiàn)在是47頁\一共有63頁\編輯于星期一現(xiàn)在是48頁\一共有63頁\編輯于星期一2、晶面指數(shù)與晶面族泛指某一晶面指數(shù)時，用(hkl)表示如果晶面與某坐標軸的負方向相交時，在其指數(shù)上加一個負號，如（1，-2，4）晶面與某坐標軸平行（不相交）時，其截距為無窮大，倒數(shù)為0，如（100）有些晶面雖不平行，但通過對稱變換后與另一組晶面平行，等距，原子分布相同，這些晶面組成晶面族，用{hkl}表示現(xiàn)在是49頁\一共有63頁\編輯于星期一3、晶向與晶向指數(shù)空間點陣中無論哪個方向都可以畫出許多互相平行的、等同周期的陣點直線不同方向上的陣點直線的差別也取決于它們的取向現(xiàn)在是50頁\一共有63頁\編輯于星期一（1）晶向指數(shù)的確定方法在一族平行的點陣直線中引出過原點的陣點直線在該直線上任選一個陣點，量出它的坐標值并用點陣周期a,b,c來度量將三個坐標值乘或除以一個數(shù)，使之全部化成整數(shù)并用方括號括起來。如[111]現(xiàn)在是51頁\一共有63頁\編輯于星期一（2）晶向指數(shù)的一般表示當泛指某晶向指數(shù)時，用[uvw]表示如果陣點的某個坐標值為負數(shù)，在相應(yīng)的指數(shù)上加負號，如[1，-2，3]有對稱關(guān)聯(lián)的等同晶向用<uvw>表示現(xiàn)在是52頁\一共有63頁\編輯于星期一4、六方點陣的指數(shù)（1）三軸表示的缺陷六方晶系的晶面指數(shù)用三軸表示時，不能反映其六次對稱性例如：六個柱面表示為(100)、(010)、(-110)、(-100)、(1-10），從晶面指數(shù)中不能反映出它們屬于一個晶面族晶向指數(shù)同樣存在這個問題（2）在六方晶系中一般使用四軸坐標法，稱為密勒-布拉菲指數(shù)現(xiàn)在是53頁\一共有63頁\編輯于星期一（3）四軸表示法取a1,a2,a3在同一水平面上，它們的夾角為120,c與這個水平面垂直晶面指數(shù)用(hkil)表示h+k=-I晶向指數(shù)用[uvtw]表示u+v=-t現(xiàn)在是54頁\一共有63頁\編輯于星期一（4）兩種表示的換算用四軸表示的六個柱面指數(shù)為(10-10),(01-10),(-1100),(-