《X射线的衍射》课件

X射线的衍射X射线的基本性质1穿透性X射线可以穿透许多物质，例如人体、金属和塑料，穿透能力与物质的密度和原子序数有关。2荧光效应当X射线照射到某些物质时，会使物质发出可见光，例如X射线照射到荧光屏上，就会发出可见光。3电离作用X射线可以使气体电离，这是X射线探测器的基本原理之一。4生物效应X射线对生物体有伤害作用，会导致细胞死亡或基因突变，因此使用X射线时要做好防护措施。X射线的产生机理1高速电子轰击电子束撞击金属靶材，2原子内层电子跃迁电子被激发，3X射线光子发射原子恢复稳定状态，X射线产生于高速电子轰击金属靶材，引起靶材原子内层电子跃迁，从而发射出X射线光子。高速电子撞击靶材原子，使靶材原子内层电子被激发到高能级，然后跃迁回低能级，并释放出能量，以X射线光子的形式辐射出来。X射线的波性质电磁波X射线是电磁波谱中的一种，具有波粒二象性。波长X射线的波长范围在0.01纳米到10纳米之间，比可见光波长短得多。衍射现象X射线可以通过晶体发生衍射，产生干涉图样。布拉格反射条件1入射角入射X射线束与晶体平面的夹角。2反射角衍射X射线束与晶体平面的夹角。2晶格间距相邻晶体平面之间的距离。布拉格方程公式2dsinθ=nλ含义当入射X射线的波长λ和晶体中晶格平面间距d满足一定关系时，就会发生衍射现象。晶格平面间距定义晶格平面间距是指相邻晶格平面之间的距离。影响因素晶格平面间距受晶格常数和晶格方向的影响。重要性晶格平面间距是X射线衍射分析的重要参数。劳厄圆当一束单色X射线入射到晶体上，会发生衍射现象。衍射的X射线在空间形成一系列圆锥形的衍射波，这些圆锥形的横截面就是劳厄圆。劳厄圆是X射线衍射图样的一种表现形式，它反映了晶体内部的原子排列方式。劳厄圆的直径与晶体晶格常数有关，圆心位于入射X射线的中心，每个劳厄圆对应于晶体的一个晶格平面。倒格子倒格子是真实空间晶格的傅里叶变换，它描述了晶体衍射的几何特征。每个倒格点对应于晶体中的一组晶面，其位置由晶面间距和晶面法向决定。倒格子空间的概念可以帮助我们更直观地理解衍射现象，例如解释衍射斑点的分布和强度。衍射的几何描述1布拉格方程描述晶体衍射现象2倒格子描述晶体结构3劳厄圆解释衍射现象点阵衍射点阵衍射现象描述了X射线在周期性排列的原子阵列上的散射行为.X射线照射到晶体时，会发生衍射现象，形成一系列明暗相间的衍射斑点。衍射斑点的位置和强度反映了晶体的结构和晶格参数。晶体结构分析衍射图样分析通过分析衍射图样，可以确定晶体的晶胞参数、空间群和原子位置。晶体结构模型构建根据衍射数据，利用软件工具构建晶体结构模型。结构精修对模型进行精修，使模型与实验数据更加吻合。单晶衍射实验1样品制备选择合适的单晶，进行切割、研磨和抛光。2安装样品将样品固定在衍射仪的样品台上，并精确调整其位置。3数据采集使用X射线照射样品，并收集衍射数据。4数据处理对收集到的衍射数据进行处理，并计算晶胞参数。单晶衍射图样单晶衍射图样通常呈现为一系列的衍射斑点，这些斑点的位置和强度都与晶体的结构密切相关。可以通过分析衍射斑点的分布和强度来确定晶体的晶格结构、晶胞参数、原子位置等信息。晶胞参数计算a晶胞在a轴方向上的长度b晶胞在b轴方向上的长度c晶胞在c轴方向上的长度α晶胞b轴和c轴之间的夹角β晶胞a轴和c轴之间的夹角γ晶胞a轴和b轴之间的夹角粉末衍射实验样品制备将样品研磨成细粉末，确保样品均匀分布，减少晶粒尺寸对衍射的影响。样品装填将粉末装填到样品架中，确保样品表面平整，以获得清晰的衍射图样。数据采集利用X射线衍射仪进行数据采集，记录样品对X射线的衍射信号。数据分析对采集到的数据进行分析，确定样品的晶体结构、相组成、晶粒尺寸等信息。粉末衍射图样NaCl粉末衍射NaCl的粉末衍射图样具有明显的特征峰，这些峰对应于NaCl晶体结构的晶面间距。CuO粉末衍射CuO的粉末衍射图样更加复杂，反映了其更复杂的晶体结构。相结构分析确定晶体中的相组成计算各相的含量分析各相的晶体结构相含量分析1定量分析根据不同相的衍射峰强度，计算各相的含量比例。2Rietveld精修利用Rietveld精修软件，对粉末衍射图谱进行拟合，得到各相的含量、晶胞参数等信息。3应用领域广泛应用于材料科学、化学、地质学等领域，用于确定多相材料中各相的含量。晶粒尺寸分析1Scherer公式利用X射线衍射峰的宽度来确定晶粒尺寸2微观结构提供有关材料的微观结构信息，如晶粒大小和形状3性能影响晶粒尺寸对材料的力学性能、电学性能和热学性能有显著影响应变分析应变晶体内部由于外力或温度变化引起的形变应变分析通过X射线衍射测量晶体内部的应变状态方法利用衍射峰位移和峰宽变化来分析相变分析相变检测X射线衍射可以准确地识别材料中的相变，例如晶体结构的改变、晶格参数的变化或新的相的出现。相变机理研究通过分析衍射图样的变化，可以深入研究相变的机理，例如相变的温度、压力、时间或其他因素的影响。相变动力学可以研究相变的速度、过程和动力学，例如相变的速率、相变的路径和相变的控制因素。相分析的应用领域材料科学识别材料的相组成、晶体结构和微观结构，例如金属合金、陶瓷和聚合物。化学分析化学反应产物，确定反应机理和产物纯度。地质学确定矿物和岩石的成分、结构和形成条件，例如地质勘探和矿产资源开发。生物学分析生物材料的结构和成分，例如蛋白质和DNA。X射线差拉比衍射峰位移分析不同材料的衍射峰位置变化,可以确定材料的晶格常数变化。衍射峰强度变化通过分析衍射峰的强度变化,可以了解材料内部的应力状态。衍射峰形状变化分析衍射峰的形状变化,可以判断材料内部是否存在不同的相态。动力学衍射理论1多重散射考虑X射线在晶体中多次散射的影响2波动方程基于麦克斯韦方程组推导出晶体中X射线传播的波动方程3边界条件考虑晶体表面和内部的边界条件，求解波动方程动力学衍射理论是一种更精确的衍射理论，它考虑了X射线在晶体中多次散射的影响。与传统的运动学理论不同，动力学理论能够描述衍射强度随入射角的变化，并解释一些运动学理论无法解释的现象，如反常透射等。动力学理论在解析复杂晶体结构、研究材料的内部应力等方面有重要应用。动力学衍射现象当X射线束穿过晶体时，一部分射线被晶体反射，另一部分射线则穿过晶体，这两种射线相互干涉，形成衍射图样。动力学衍射理论考虑了晶体中所有原子的散射，因此它能够解释衍射图样中出现的各种复杂现象，例如衍射强度随入射角的变化，衍射线形随晶体厚度变化等。反射高能电子衍射反射高能电子衍射(RHEED)是一种表面敏感的分析技术，用于研究材料的表面结构和生长过程。在RHEED中，一束高能电子束以掠射角照射样品表面，被表面原子散射，形成衍射图案。RHEED图案可以提供有关表面结构、生长模式、薄膜厚度和表面缺陷的信息。像散分析透镜像差像散是透镜像差的一种，指的是非点光源通过透镜后，在成像平面上形成的两个相互垂直的模糊线的现象。影响因素像散的影响因素包括透镜的形状、材料和制造精度，以及光束入射角等。分析方法像散分析可以通过测量成像平面上的模糊线长度和方向来进行，并以此计算像散的大小和方向。结构解析实例通过X射线