材料分析方法-1-2

1、第二节第二节 X X射线衍射原理射线衍射原理X X射线在晶体中衍射射线在晶体中衍射： 每种晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子每种晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分配规律；分配规律； 晶胞的大小、形状和位向决定了衍射线的分布规律；晶胞的大小、形状和位向决定了衍射线的分布规律； 原子在晶胞中的位置、数量和种类则则决定了衍射线原子在晶胞中的位置、数量和种类则则决定了衍射线的强度。的强度。一、晶体学基础一、晶体学基础（一）晶体结构（一）晶体结构 1 1晶体与非晶体晶体与非晶体 1 1）晶体）晶体 长程有序，衍射花样清晰长程有序，衍射花样清晰 2 2）非晶体）非晶体原子排列短程有序，随

2、着时间变化，原子排列短程有序，随着时间变化，衍射花样模糊衍射花样模糊 3 3）气体）气体无序，无衍射花样。无序，无衍射花样。 晶体与非晶体难区分的原因：晶体与非晶体难区分的原因： 晶体有缺陷，局部破坏有序排列；晶体有缺陷，局部破坏有序排列； 部分高分子物质中，可能单向有序，其它方向无部分高分子物质中，可能单向有序，其它方向无序。序。 一、晶体学基础一、晶体学基础点阵、晶格、晶胞、晶轴、晶面、晶向、七大晶系、晶点阵、晶格、晶胞、晶轴、晶面、晶向、七大晶系、晶向指数、十四种布拉菲点阵、晶向组、晶向族、晶面指向指数、十四种布拉菲点阵、晶向组、晶向族、晶面指数、晶面组、晶面族数、晶面组、晶面族 将晶体

3、中无限个相同的点构成的集合称之为将晶体中无限个相同的点构成的集合称之为点阵点阵。在点阵中选择一个由阵点连接而成的基本几何图形作为在点阵中选择一个由阵点连接而成的基本几何图形作为点阵的基本单元来表达晶体结构的周期性，称为点阵的基本单元来表达晶体结构的周期性，称为晶胞晶胞或或阵胞。阵胞。晶向族晶向族(family),代表原子密度相同代表原子密度相同(等价等价)的所有晶向。的所有晶向。为此选取的阵胞应具备如下条件：为此选取的阵胞应具备如下条件：能同时反映出空间点阵的周期性和对称性；能同时反映出空间点阵的周期性和对称性；在满足的条件下，有尽可能多的直角；在满足的条件下，有尽可能多的直角；在满足和的条件

4、下，体积最小。在满足和的条件下，体积最小。一、晶体学基础一、晶体学基础2.2.晶体的宏观对称性晶体的宏观对称性（自学）（自学） 晶体宏观对称的特点晶体宏观对称的特点 1 1）晶体外形为一有限的几何体，晶体的宏观对称性必须满足外表）晶体外形为一有限的几何体，晶体的宏观对称性必须满足外表 面晶面（法线）方向的对称；面晶面（法线）方向的对称；2 2）晶体内部为抽象出来的几何点阵）晶体内部为抽象出来的几何点阵 晶体的宏观对称性必须满足这个点阵的晶体的宏观对称性必须满足这个点阵的对对称性。称性。概念：反映；旋转与对称轴；演和对称心；旋转概念：反映；旋转与对称轴；演和对称心；旋转反演反演 和和 对称对称反

5、轴反轴 3 3晶体的微观对称性晶体的微观对称性（自学）（自学） （1 1）特点）特点：1 1）微观对称性借助于平移操作才能实现，而平移对称是对无限图形而言。）微观对称性借助于平移操作才能实现，而平移对称是对无限图形而言。 2 2）晶体的微观对称性必须满足点阵结构的对称性。）晶体的微观对称性必须满足点阵结构的对称性。 3 3）微观对称操作每次平移量都较小，故称为微观对称变换。）微观对称操作每次平移量都较小，故称为微观对称变换。 （2 2）微观对称变换和对称元素：平移；旋转平移）微观对称变换和对称元素：平移；旋转平移 ；反映平移和滑；反映平移和滑 移面移面 ；平移群；空间群；平移群；空间群 七大晶

6、系表示符号：七大晶系表示符号：a a三斜；三斜；m m单斜；单斜；o o正交；正交；t t正方；正方；h h 六方；六方；c c立方；立方；hRhR菱方。菱方。一、晶体学基础一、晶体学基础4.4.晶向与晶面指数的标定晶向与晶面指数的标定 凡指数相同的晶向与晶面均互相垂直。凡指数相同的晶向与晶面均互相垂直。一、晶体学基础一、晶体学基础 两个矢量的叉积（矢量积）两个矢量的叉积（矢量积）ab为另一为另一矢量矢量c，c垂直于垂直于 a及及b，大小为，大小为absin，指向符合右，指向符合右手螺旋方向（手螺旋方向（为矢量为矢量a、b的夹的夹 角），角），乘积数值等乘积数值等于矢量于矢量a、b所作平行四边

7、形的面积。所作平行四边形的面积。 若单胞的（若单胞的（001）底面积为：）底面积为： ab absin （2）点积点积 两矢量的数量积（即点积）为以数量，两矢量的数量积（即点积）为以数量，其值等于二矢量的模及其夹角余弦的连积。其值等于二矢量的模及其夹角余弦的连积。 a babcos 一、晶体学基础一、晶体学基础（001）的面间距即单胞）的面间距即单胞在此方向的高，为在此方向的高，为ccos，则体积为则体积为 Vabsinccos（ab）c （cb）a（ac）b一、晶体学基础一、晶体学基础6干涉指数干涉指数 干涉指数是对晶面空间方位与晶面间距的标识。干干涉指数是对晶面空间方位与晶面间距的标识。干

8、涉指数与晶面指数的关系可表述为：若将涉指数与晶面指数的关系可表述为：若将(hkl)晶面晶面间距记为间距记为dhkl，则晶面间距，则晶面间距 为为dhkln(n为正整数为正整数)的的晶面干涉指数为：（晶面干涉指数为：（nh,nk,nl）,记为记为 （HKL）(dhkln则记为则记为dHKL)。 例如晶面间距分别为例如晶面间距分别为d110/2,d110/3的晶面，其干涉指的晶面，其干涉指数分别为数分别为 （220）和（）和（330）。）。 一、晶体学基础一、晶体学基础干涉指数干涉指数(HKL)可以认为是可带有可以认为是可带有公约数公约数(n)的晶面指数，的晶面指数， 即即(nh nk nl)，或

9、写为或写为n(hkl) ，即广义的晶面即广义的晶面指数；表示的晶面指数；表示的晶面 并不一定是晶体中的真实并不一定是晶体中的真实原子面，干涉指数概念的建立是出于衍射分原子面，干涉指数概念的建立是出于衍射分析等工作的实际需要。析等工作的实际需要。 （二）倒易点阵（二）倒易点阵（二）倒易点阵（二）倒易点阵则称由则称由a*j定义的点阵为定义的点阵为ai定义点阵的倒易点阵定义点阵的倒易点阵. 式中式中常数常数k多取多取1，有时取，有时取2或入射波长或入射波长，不注明，不注明时认为时认为k取取1。 将定义展开有：将定义展开有：Ka*1a1a*2a2a*3a3 a*1a2a*1a3a*2a1a*2a3a*

10、3a1a*3a20 即：点阵基矢即：点阵基矢a*1a2，a*1a3，a*2a1 a*2a3，a*3a1，a*3a2 （二）倒易点阵（二）倒易点阵2倒易点阵基矢表达式倒易点阵基矢表达式 令令a1、a2、a3基矢构成的阵胞体积为基矢构成的阵胞体积为V，根据矢量混合积几何，根据矢量混合积几何意义可知：意义可知：Va1（a2a3） a*1（a2a3）/ a1（a2a3）=（a2a3）/V 等号两侧同乘以等号两侧同乘以a1可得可得 a*2（a1a3）/ a2（a1a3）=（a1a3）/V 等号两侧同乘以等号两侧同乘以a2可得可得 a*3（a2a1）/ a3（a2a1）=（a2a1）/V 等号两侧同乘以等

11、号两侧同乘以a3可得可得 （二）倒易点阵（二）倒易点阵（二）倒易点阵（二）倒易点阵同理，根据正点阵与倒易点阵互为倒易，可推出：同理，根据正点阵与倒易点阵互为倒易，可推出：a1（a*2a*3）/V*，a2（a*1a*3）/V*a3（a*2a*1）/V*V*a*1（a*2a*3）V*倒易点阵晶胞体积倒易点阵晶胞体积前面表达式结合各晶系可简化，如立方晶系：前面表达式结合各晶系可简化，如立方晶系：a*=b*=c*=1/a *90（二）倒易点阵（二）倒易点阵3倒易矢量及其基本性质倒易矢量及其基本性质 （1）定义：以任一倒易阵点为坐标原点（称为）定义：以任一倒易阵点为坐标原点（称为倒易原点，一般取其与正点

12、阵坐标原点重合），以倒易原点，一般取其与正点阵坐标原点重合），以a*1，a*2，a*3为三坐标轴单位矢量，由倒易原点向为三坐标轴单位矢量，由倒易原点向任意倒易阵点（倒易点）的连接矢量称为任意倒易阵点（倒易点）的连接矢量称为倒易矢量倒易矢量，用用r*表示。若表示。若r*终点（倒易点）坐标为（终点（倒易点）坐标为（H,K,L）（此时（此时r*记为记为 r*H,K,L），则），则r*在倒易点阵中的坐标在倒易点阵中的坐标表达式为表达式为： r*HKLHa*1+Ka*2+La*3 （二）倒易点阵（二）倒易点阵 r*HKL的基本性质的基本性质：r*HKL垂直于正点阵中相垂直于正点阵中相应的（应的（HKL）

13、晶面，其长）晶面，其长 度度r*HKL等于等于（HKL）之晶面间距）之晶面间距dHKL的倒数。的倒数。 r*HKL=1/dHKL 证明：证明： 正点阵坐标系为正点阵坐标系为O-xyz，设平面，设平面ABC为为(HKL) 晶面组中距晶面组中距原点最近的晶面，则由干涉指原点最近的晶面，则由干涉指 数标识方法可知，其在数标识方法可知，其在3个坐个坐标轴上的标轴上的 截距分别为截距分别为1/H、1/K和和1/L，即有：，即有：OAa/H，OBb/K，OCc/L 又设又设n0为（为（HKL）晶面法线的单位矢量，并设倒易原点）晶面法线的单位矢量，并设倒易原点（O*）与正点阵坐标原点（）与正点阵坐标原点（O

14、）重合。）重合。AB OB OA b/K - a/Hr*HKLAB(Ha*1+Ka*2+La*3 )(b/K-a/H)r*HKLAB 0即即 r r* *HKLHKLABAB 同理同理 r r* *HKLHKLBCBCr r* *HKLHKLABAB 且且 r r* *HKLHKLBCBC，故，故r r* *HKLHKL垂直于平面垂直于平面ABCABC，即即r r* *HKLHKL（HKLHKL）。）。因为因为r r* *HKLHKL（HKLHKL），故其），故其与与n n0 0共线，有共线，有： n n0 0r r* *HKLHKL/ /r r* *HKLHKL( (HaHa* *1 1+

15、+ KaKa* *2 2 + +LaLa* *3 3 )/)/r r* *HKLHKL又因又因 d dHKLHKL 为为OAOA在在n n0 0方向的投影，即方向的投影，即d dHKLHKL（OAOA）n n0 0（OAOA）n n0 0（a/Ha/H）(HaHa* *1 1+ + KaKa* *2 2 + +LaLa* *3 3 )/)/r r* *HKLHKL 上式分项展开并根据式（上式分项展开并根据式（1 12323）有：）有： r r* *HKLHKL1/ 1/ d dHKLHKL （二）倒易点阵（二）倒易点阵(2)倒易点阵与正点阵（倒易点阵与正点阵（HKL）晶面的对应关系）晶面的对应

16、关系 1)一个倒易矢量与一组（一个倒易矢量与一组（HKL）晶面对应，倒易矢量的）晶面对应，倒易矢量的大小与方向大小与方向 表达了（表达了（HKL）在正点阵中的方位与晶面）在正点阵中的方位与晶面间距；间距； 2）（）（HKL）决定了倒易矢量）决定了倒易矢量r*HKL的方向与大小；的方向与大小； 3）正点阵中每一个（）正点阵中每一个（HKL）对应着一个倒易点，该倒）对应着一个倒易点，该倒易点在倒易点阵中的坐标即为易点在倒易点阵中的坐标即为HKL； 4）若）若r*1与与r*2均为某晶体的倒易矢量，则均为某晶体的倒易矢量，则r*1r*2 必定必定也是该晶体的倒易矢量。也是该晶体的倒易矢量。 （3）倒易

17、点阵的建立）倒易点阵的建立 已知晶体点阵参数，据前式可求得其相应倒易点阵参已知晶体点阵参数，据前式可求得其相应倒易点阵参数。数。（三）晶面间距与晶面夹角（三）晶面间距与晶面夹角若晶面间距为若晶面间距为d dHKLHKL，根据式（，根据式（1 12828）有：）有： （r r* *HKLHKL）2 21/ 1/ d dHKLHKL2 2 根据矢量点积性质，根据矢量点积性质， r r* *HKLHKLr r* *HKLHKL （r r* *HKLHKL）2 2故有故有 1/ 1/ d dHKLHKL2 2 r r* *HKLHKLr r* *HKLHKL 1/ 1/ d dHKLHKL2 2 （H

18、aHa* * + Kb + Kb* * + + LcLc* *）（HaHa* * + Kb + Kb* * + + LcLc* *） 展开后有展开后有：1/ 1/ d dHKLHKL2 2H H2 2( (a a* *) )2 2 + + K K2 2( (b b* *) )2 2 + + L L2 2( (C C* *) )2 2 + 2 + 2HKHK( (a a* *b b* *) + ) + 2 2HLHL( (a a* *c c* *) +2) +2KLKL( (b b * *c c * *) )（三）晶面间距与晶面夹角（三）晶面间距与晶面夹角以立方晶系为例，以立方晶系为例，由于立方

19、晶系的晶格参数由于立方晶系的晶格参数a a* *b b* * c c* *1/a1/a，晶面夹角晶面夹角* * * *9090，故有：，故有：（a a* *）2 2（b b* *）2 2 （c c* *）2 21/a1/a2 2；coscos* *coscos* *coscos* *0 0代入式（代入式（1 12929）有：）有： 或或 222LKHadHKL （三）晶面间距与晶面夹角（三）晶面间距与晶面夹角（2）晶面夹角（）晶面夹角（） 可用晶面法线的夹角来表示，若二晶面的单位法可用晶面法线的夹角来表示，若二晶面的单位法向量为向量为n1、n2 则则 cos=n1n2 若二晶面为（若二晶面为（

20、h1k1l1）、（）、（h2k2l2）（三）晶面间距与晶面夹角（三）晶面间距与晶面夹角 222111222111cosLKHLKHLKHLHKrrrr 222111222111cosLKHLKHrrcLbKaHcLbKaH acHLabHKcLLbKKaHHrrLKHLKH21212212212212221111cos cbLKcaLHbcKLbaKH21212121（四）晶带（四）晶带1.定义：晶体点阵中平行于某轴向定义：晶体点阵中平行于某轴向uvw的所的所有晶面称为有晶面称为uvw晶带晶带（注意和晶面族的区（注意和晶面族的区别）。别）。 ：同一晶带中的晶面的交线互相平行，：同一晶带中的晶面

21、的交线互相平行，称为晶带轴；晶带轴的晶向指数即为该晶带称为晶带轴；晶带轴的晶向指数即为该晶带的指数。的指数。 如果某晶面（如果某晶面（hkl）属于晶带）属于晶带u，v，w，必，必定有定有 hu+kv+lw=0 (a,b,c)为点阵基矢为点阵基矢 ：晶带轴：晶带轴r的指向矢量为：的指向矢量为：r = ua + vb + wc 晶面（晶面（hkl）的法线）的法线（四）晶带（四）晶带：将晶带轴表达为晶体点阵中一个矢量，：将晶带轴表达为晶体点阵中一个矢量，(hkl)晶面法线晶面法线nhkl 必垂直于必垂直于uvw,若将若将nhkl表达为倒易点表达为倒易点阵中一个矢量，则阵中一个矢量，则 晶带轴矢量晶带

22、轴矢量ua+vb+wc , n*hklha*+kb*+lc* 由于垂直由于垂直，故（故（ua+vb+wc）（ha*+kb*+lc*）0 展开展开 根据倒易点阵定义可知根据倒易点阵定义可知, hu+kv+lw=0 （四）晶带（四）晶带 晶带方程是判别晶面平行某晶向的条件，晶带方程是判别晶面平行某晶向的条件，也是判别晶面属于某晶带轴的条件。也是判别晶面属于某晶带轴的条件。二、布拉格方程二、布拉格方程 光通过与其波长相当的光栅时会发生光通过与其波长相当的光栅时会发生 衍射：明条纹的亮度随着与中央的距离增衍射：明条纹的亮度随着与中央的距离增 大而减弱；明条纹的宽度随狭缝的增多而大而减弱；明条纹的宽度随

23、狭缝的增多而 变细；可见光波波长范围：变细；可见光波波长范围：400400800nm 800nm 比原子间距大很多。比原子间距大很多。透射光栅透射光栅反射光栅反射光栅二、布拉格方程二、布拉格方程光的衍射光的衍射 光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物或者光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物或者小孔（窄缝），绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象小孔（窄缝），绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。衍射时产生的明暗条纹或光环，叫衍射称为光的衍射。衍射时产生的明暗条纹或光环，叫衍射图样。图样。 二、布拉格方程二、布拉格方程 晶体内部质点规则排列，质点间距在晶体内部质点规则排列，质点间距在

24、0.10.11nm1nm间；波长与晶体内部质点的间距相当，就间；波长与晶体内部质点的间距相当，就满足光衍射的条件满足光衍射的条件 。二、布拉格方程二、布拉格方程 利用利用X射线研究晶体结构，主要通过射线研究晶体结构，主要通过X射线在晶体中射线在晶体中产生的衍射。产生的衍射。 X射线照射到晶体时，被晶体中电子散射，每个电子射线照射到晶体时，被晶体中电子散射，每个电子都是一个新都是一个新的辐射波源，向空间辐射出与入射波同频的辐射波源，向空间辐射出与入射波同频率的电磁波。率的电磁波。 把晶体中每个原子都看作一个新的散射波源，它们各把晶体中每个原子都看作一个新的散射波源，它们各自向空间辐射与入射波同频

25、率的电磁波；这些散射波自向空间辐射与入射波同频率的电磁波；这些散射波干涉：干涉：某些方向叠加，可得到衍射线；某些方向叠加，可得到衍射线； 某些方向互相抵消，无衍射线。某些方向互相抵消，无衍射线。二、布拉格方程二、布拉格方程X射线在晶体中衍射的实质射线在晶体中衍射的实质： 大量的原子散射波互相干涉的结果。因此衍射花样大量的原子散射波互相干涉的结果。因此衍射花样都反映出晶内原子的分布规律，包含两方面含义：都反映出晶内原子的分布规律，包含两方面含义： 一方面衍射线在空间的分布规律由晶胞大小、形状一方面衍射线在空间的分布规律由晶胞大小、形状 和位向决定；另一方面衍射线束的强度取决于原子的种和位向决定；

26、另一方面衍射线束的强度取决于原子的种类及其在晶胞中的位置。类及其在晶胞中的位置。 衍射理论就是在晶体结构与衍射现象间建立起定性衍射理论就是在晶体结构与衍射现象间建立起定性 和定量关系。和定量关系。X射线射线准直缝准直缝晶体晶体劳厄斑劳厄斑劳厄实验装置劳厄实验装置二、布拉格方程二、布拉格方程二、布拉格方程二、布拉格方程l波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加波的干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区强，某些区域的振动减弱，而且振动加强和振动减弱的区域相互隔开的现象叫做波的干涉域相互隔开的现象叫做波的干涉二、布拉格方程二、布拉格

27、方程X射线与晶体中原子之间的相互作用射线与晶体中原子之间的相互作用二、布拉格方程二、布拉格方程两两个相干散射波，若位相差为零或个相干散射波，若位相差为零或2 2的整数的整数倍，则合成波的强度是它们的简单相加，否倍，则合成波的强度是它们的简单相加，否则，它们就会发生相消干涉。根据位相差的则，它们就会发生相消干涉。根据位相差的大小而消去一部分强度。若位相差为大小而消去一部分强度。若位相差为的奇数的奇数倍，则完全相消。倍，则完全相消。二、布拉格方程二、布拉格方程如图两个波，在如图两个波，在A方向上，有波程差方向上，有波程差A，当，当A = n (n = 0,1,2,3)两个波的位相相同两个波的位相相

28、同，位相差为，位相差为n2，两两个波相互加强，合成波振幅个波相互加强，合成波振幅增大，合成波振幅等于两个波原振幅的叠加。增大，合成波振幅等于两个波原振幅的叠加。二、布拉格方程二、布拉格方程在在B方向上，波程差方向上，波程差B = (n +1/ 2) (n = 0,1,2,3)，两波的位相不同，一个波，两波的位相不同，一个波的波峰与另一个的波谷重叠，合成波振幅为零。如图的波峰与另一个的波谷重叠，合成波振幅为零。如图b。二、布拉格方程二、布拉格方程二、布拉格方程二、布拉格方程 1912 年英国物理学家布拉格父子从年英国物理学家布拉格父子从X 射线被原子面射线被原子面“反反射射”的观点出发，提出了非

29、常重要和实用的布拉格定律。的观点出发，提出了非常重要和实用的布拉格定律。 用布拉格定律描述用布拉格定律描述X X射线在晶体中的衍射几何时，是把晶射线在晶体中的衍射几何时，是把晶体看作是由许多平行的原子面堆积而成，把衍射线看作是体看作是由许多平行的原子面堆积而成，把衍射线看作是原子面对入射线的反射。原子面对入射线的反射。布拉格公式的导出布拉格公式的导出几项假定：几项假定： 晶体是理想完整的。即不考虑晶体中存在的缺陷和畸变；晶体是理想完整的。即不考虑晶体中存在的缺陷和畸变； 忽略晶体中原子的热振动。即认为晶体中的原子静止在空忽略晶体中原子的热振动。即认为晶体中的原子静止在空间点阵的结点上；间点阵的

30、结点上； 原子中的电子皆集中在原子核中心；原子中的电子皆集中在原子核中心； 入射入射X X射线束严格平行并有严格的单一波长；射线束严格平行并有严格的单一波长； 晶体有无穷多晶面。晶体有无穷多晶面。1.1.衍射中心衍射中心 X射线照射晶体时，每个原子都是散射子波射线照射晶体时，每个原子都是散射子波的子波源，相当于一维光栅的的子波源，相当于一维光栅的“缝缝”。布拉格公式的导出布拉格公式的导出2.2.点间点间干涉干涉 如一原子面上任意两点如一原子面上任意两点A、B，在在原子面反射原子面反射方向上的光程差：方向上的光程差：ADCB=ABcosABcos0 说明同一原子说明同一原子面所有原子散射波在反射

31、方向上面所有原子散射波在反射方向上位相均相同位相均相同，发生相长干涉发生相长干涉。布拉格公式的导出布拉格公式的导出3.3.面间干涉面间干涉相邻晶面散射光相邻晶面散射光1 1和和2 2的光程差：的光程差：不同晶面的沿反射方向的散射光相互干涉不同晶面的沿反射方向的散射光相互干涉sin2dCBAC d12ACBO散射光干涉的加强条件散射光干涉的加强条件 ),2 ,1(sin2nnd布拉格布拉格公式公式布拉格公式的导出布拉格公式的导出 d12晶面晶面ACBO掠射角掠射角 d晶面间距，称为晶格常数晶面间距，称为晶格常数布拉格公式的导出布拉格公式的导出X射线衍射与可见光反射的区别射线衍射与可见光反射的区别

32、 X射线衍射光束是晶体中深层全体原子散射线的干涉结射线衍射光束是晶体中深层全体原子散射线的干涉结果；可见光的反射只在表面进行。果；可见光的反射只在表面进行。 X射线衍射具有射线衍射具有“选择反射选择反射”特性。即只有当特性。即只有当、d三者之间满足三者之间满足布拉格方程布拉格方程时才能发生反射；可见光可时才能发生反射；可见光可以在任何入射角反射。以在任何入射角反射。 X射线衍射光束的强度远较入射光束微弱；约射线衍射光束的强度远较入射光束微弱；约1%。而。而可见光的镜面反射效率很高，对铝、铜、银可达可见光的镜面反射效率很高，对铝、铜、银可达50-80%。 需要注意的是需要注意的是X射线的反射角不

33、同于可见光的反射角，射线的反射角不同于可见光的反射角，X射线的入射线与反射线的夹角永远是射线的入射线与反射线的夹角永远是2。三、应用三、应用1、已知已知、 可测可测d X射线晶体结构分析。射线晶体结构分析。2、 已知已知、d可测可测 X射线光谱分析。射线光谱分析。二、布拉格方程二、布拉格方程3布拉格方程的讨论布拉格方程的讨论（1）X射线在晶体中的衍射属于选择反射射线在晶体中的衍射属于选择反射 X射线在晶体中的衍射是各原子散射波的干涉结果；此时射线在晶体中的衍射是各原子散射波的干涉结果；此时衍射线的方向恰好相当于原子面对入射线的反射。衍射线的方向恰好相当于原子面对入射线的反射。 X射线的原子面反

34、射和可见光的镜面反射不同射线的原子面反射和可见光的镜面反射不同。原子面对。原子面对X射线的反射不是任意的，只有当射线的反射不是任意的，只有当 、 、d三者之间满足布三者之间满足布拉格方程时才能发生反射，所以把拉格方程时才能发生反射，所以把X射线这种反射称为选择射线这种反射称为选择反射。反射。 入射光束、反射面的法线和衍射光束在同一平面；入射光束、反射面的法线和衍射光束在同一平面； 衍射束与透射束夹角衍射束与透射束夹角衍射角为衍射角为2。二、布拉格方程二、布拉格方程（2）产生衍射的极限条件为）产生衍射的极限条件为2d 由于由于Sin 1，根据布拉格方程，根据布拉格方程，n/2d 1，即，即n 2

35、d ；对衍射而言，对衍射而言，n的最小值为的最小值为1，故在任何可，故在任何可观测的衍射角下，产生衍观测的衍射角下，产生衍 射的条件为射的条件为 2d，即能够，即能够被晶体衍射的电磁波的波长必须小于参加被晶体衍射的电磁波的波长必须小于参加 反射的晶反射的晶面中最大面间距的二倍，否则不能产生衍射现象。面中最大面间距的二倍，否则不能产生衍射现象。二、布拉格方程二、布拉格方程（3 3）若令）若令 d dHKLHKLd dhklhkl/n/n，布拉格方程可变为永为一，布拉格方程可变为永为一级反射的形式级反射的形式 d dHKLHKL的晶面为与（的晶面为与（hklhkl）平行且面间距为）平行且面间距为d

36、 dhklhkl/n/n的的晶面族，不一定是晶体中的原子面，称此反射面为晶面族，不一定是晶体中的原子面，称此反射面为衍射面。其面指数为干（或衍）射指数衍射面。其面指数为干（或衍）射指数, ,用（用（HKLHKL）表示，且表示，且H Hnhnh，K Knknk，L Lnlnl，有公约数。，有公约数。二、布拉格方程二、布拉格方程（4）布拉格方程反映出晶体结构中晶胞大小及形状布拉格方程反映出晶体结构中晶胞大小及形状的变化的变化（一定时一定时是是d的函数），未反映出晶胞中的函数），未反映出晶胞中原子的种类、数量和位置（结构因子和衍射强度）。原子的种类、数量和位置（结构因子和衍射强度）。 三、衍射矢量方程三、衍射矢量方程三、衍射矢量方程三、衍射矢量方程四、厄瓦尔德图解四、厄瓦尔德图解 R R* *HKLHKL为反射晶面（为反射晶面（HKLHKL）的倒易矢量，）的倒易矢量， R R* *HKLHKL的起点（倒易原点的起点（倒易原点O O* *）为入射线单位矢量）为入射线单位矢量S S0 0的的终点，终点，S S0 0与