《强度与系统消光》PPT课件.ppt

1、1,第一章 X射衍射分析,第一节 原理和数据处理 第二节 X射线强度和系统消光规律 第三节 多晶结构分析衍射指数标定 第四节 XRD专题测试,研究生教学,2,强度的表示,绝对强度是以单位时间内单位面积通过的能量来表示的（通常不用） 积分（累积）强度某一种面网“反射”射线的总数目用于定量分析、结构分析。（每个衍射峰下的积分面积该衍射束在单位时间内投射到探测器上的总能量。） 相对强度指同一衍射图象中各衍射线强度的比值用于定性分析,3,一、强度及影响因素,1. 积分强度(累积强度),第二节 X射线强度和系统消光规律,峰值强度：图中衍射峰峰顶处的强度I最大。 半高宽：图中衍射峰峰顶高度一半处的衍射线的

2、角宽度B，它可定性表述衍射峰的强度。,4,一、强度及影响因素,积分衍射强度计算公式,第二节 X射线强度和系统消光规律,前面三项为物理常数和仪器常数， 后六项为与试样的晶体结构和实验条件有关的因子,结构因子,多重性因子,角度因子,温度因子,吸收因子,5,在晶体中由于对称性的存在，同一晶面族hkl中的各组面网间距相等，其衍射线重合。,影响因素（）粉末法的重复性因子P,6,由洛伦兹因子1/(sin2cos）和 偏振因子（cos22)/2组成 表征强度直接与衍射角有关,德拜 法中，角因子与布拉格角的关系,（）角因子(),7,(3)吸收因子() 晶体的X射线吸收因子取决于所含元素种类和X射线波长，以及晶

3、体的尺寸和形状。,(4)温度因子e-2M 晶体的中原子的热振动，衍射强度受温度影响，为与原子偏离其平衡位置的均方位移有关的常数，由于原子本身在不停地振动，温度越高，振幅越大，原子热振动，引起原子散射因数减小，强度降低。 常温下温度因子可忽略。,8,（）结构因子 Fhkl,晶胞对X射线的散射是晶胞中各个原子的散射波叠加的结果，因此必须考虑各个原子散射波的振幅和位相两方面的因素。,9,设fj是晶胞中第j个原子的原子散射振幅，j是该原子与位于晶胞原点位置上原子散射波的位相差，则该原子在某方向上的散射振幅为,若晶胞中有n个原子，则晶胞内所有原子相干散射波的合成波振幅Ab为：,10,定义：是指一个晶胞中

4、所有原子沿某衍射方向(hkl)所散射的X射线的合成波。此合成波的振幅为|Fhkl|，称为结构振幅。,1） 结构因子 Fhkl,11,由于hkl晶面上的原子（坐标为xyz）与原点处原子经hkl晶面反射后的位相差，可以由反射面的晶面指数和原子坐标来表示：,因此，对于hkl晶面的结构因子为：,晶胞对某hkl衍射强度的决定因素 （1）各原子的散射振幅fj，（2）原子的坐标，（3）衍射面的指数。,复指数表达方式,三角表达方式,12,二.系统消光规律,由于FH K L=0而使衍射线消失的现象称为系统消光。系统消光包括点阵消光和结构消光。 产生衍射的充分条件应该是同时满足布拉格方程和FH K L0。,在复杂

5、阵胞中，由于面心或体心上有附加阵点（阵胞中的阵点数大于1）或者每个阵点代表两类以上等同点的复杂结构，会使某些(HKL)反射的FH K L=0。虽然这些方向仍然满足衍射条件，但由于衍射强度等于零而观测不到衍射线。,13,a）原始格子(P) 原子坐标为：(0,0,0) 根据公式 有: Fhkl = f |Fhkl|2= f 2 I = I0Kf2 这时所有指数的面网都可以产生衍射。,1.点阵消光,14,b）体心格子（I）： 原子坐标为(0,0,0)，(1/2, 1/2,1/2)。 根据公式:Fhkl = fje2i(h xj + k yj +l zj) 有： Fhkl = f + f e(h+k+

6、l) i 当(h+k+l)=偶数时 Fhkl = 2f， |Fhkl|2=4f 2 当(h+k+l)=奇数时 Fhkl = 0， |Fhkl|2=0 因此对于体心格子的晶体，(h+k+l)为奇数的面网不会产生衍射效应，如（001）。,1.点阵消光,15,c）底心格子（ A,B,or C ）心：原子坐标为(0,0,0)，（1/2,1/2,0）每个晶胞中有2个同类原子原子散射因子为f。 心(0,0,0) (1/2,0,1/2) 心(0,0,0) (0,1/2,1/2) 根据公式有: Fhkl = f + f e (h+k)i 当h+k=偶数时 Fhkl = 2f， |Fhkl|2=4f 2 有衍射

7、 当h+k=奇数时 Fhkl = 0， |Fhkl|2=0 无衍射 心Fh k l不受 L 的影响，只有当h+k为偶数时才能产生衍射。,1.点阵消光,16,17,d）面心格子（F）：原子坐标为(0,0,0)， (0,1/2,1/2)， (1/2,0,1/2)，(1/2,1/2,0) 根据公式有: 当(h,k,l)全为奇数或全为偶数时 Fhkl = 4f， |Fhkl|2=16f 2 当(h,k,l)全为奇数、偶数混杂时 Fhkl = 0， |Fhkl|2=0 因此对于面心格子的晶体，(h, k, l) 为奇偶混杂的面网不产生衍射效应，如（101）。,1.点阵消光,Fhkl = f + f e

8、i (k+l) +f e i (h+l) + f e i (h+k),18,点阵常数并没有参与结构因子的计算公式。这说明结构因子只与原子品种和在晶胞中位置有关，而不受晶胞形状和大小影响。例如，对体心晶胞，不论是立方晶系、四方晶系还是斜方晶系的体心晶胞的系统消光规律都是相同的。由此可见，系统消光规律的适用性是较广泛的。,19,结构消光,实际上，除了格子类型外，滑移面、螺旋轴等，也都具有一定的消光规律。 对那些由两类以上等同点构成的复杂晶体结构，除遵循它们所属的布拉菲点阵消光外，还有附加的消光条件，称为结构消光。,金刚石结构 金刚石型结构属于面心立方布拉菲点阵。晶胞中有八个原子，由A、B两套相距1

9、/4个立方体对角线的面心立方点阵构成.,21,当h、k、l中有奇有偶时，则因Ff=0而F=0，衍射消失,当h、k、l中全为偶数时，且h+k+l=4n，则，,衍射出现并加强,当h、k、l中全为偶数时，且h+k+l=2（2n+1），则,衍射消失,当h、k、l中全为奇数时，且h+k+l=2n+1，则,衍射出现并加强；,22,PDF卡,23,假定C方向有一根通过原点的一个二次螺旋轴,沿轴滑移才能对称(转180平移1/2C),当L=偶数 F00 L0 当L=奇数 F00 L =0,二次螺旋轴,有滑移面,螺旋转时:,24,在C方向上有二次螺旋轴2，00L型衍射中L为奇数时衍射线消失,表明其有001螺旋轴 若是h00型,h=奇数时消光,表明其有100螺旋轴 若是0k0型,k=奇数时消光,表明其有010螺旋轴 0kl型 h0l 型 hk0 型 滑移面: (100) (010) (001),25,系统消光分析应注意: 按顺序进行,因为一种消光规律可以掩盖另一种消光规律，如：体心点阵，h+k+l=偶数时有衍射，但对hk0型，不能分析断定hk0偶数时，有二次螺旋轴，也不能断定有滑移面,26,例MgO,判定空间格子：,面心格子,？,27,Mg： 000， 0， 0 ， 0 ， O： ， 0