材料分析测试技术-5 X射线衍射
29页1、X射线衍射光的衍射和干涉衍射衍射的概念:衍射的概念:光线照射到物体光线照射到物体狭缝狭缝后通过散 射继续在空间发射的现象称为衍射。如果采 用单色平行光,则衍射后将产生干涉结果。后通过散 射继续在空间发射的现象称为衍射。如果采 用单色平行光,则衍射后将产生干涉结果。光栅常数:光栅常数:光栅常数光栅常数(a+b)与一个点光源发出 的与一个点光源发出 的光的波长光的波长为为同一数量级同一数量级的话就可以产生的话就可以产生衍 射衍 射。波的干涉条件:波的干涉条件:两束或两束以上的波,两束或两束以上的波,振动 方向振动 方向相同、相同、频率频率(波长波长)相同、相同、位相位相恒定。而且 须是由恒定。而且 须是由同一个点光源同一个点光源发出的。发出的。X射线衍射的发展 伦琴伦琴 劳厄厄瓦尔德劳厄厄瓦尔德 布拉菲布拉菲 布拉格巴克拉布拉格巴克拉X射线在晶体中发生衍射的原因(1) 晶体中的(1) 晶体中的电子能散射X射线电子能散射X射线;(2) 晶体是点阵结构,;(2) 晶体是点阵结构,原子排列的周期原子排列的周期 和X射线的和X射线的波长波长属于属于同一数量级同一数量级;(3) 电子散射出来的;(3
2、) 电子散射出来的次生X射线次生X射线能够产生 干涉现象。能够产生 干涉现象。劳埃和布拉格方程的提出劳埃和布拉格方程的提出 1912年,年,Laue推导出了推导出了X射线在晶体上衍 射的几何规律,提出了著名的射线在晶体上衍 射的几何规律,提出了著名的劳厄方程劳厄方程。 同一年,布拉格父子看了同一年,布拉格父子看了Laue的报告很 感兴趣。分析了的报告很 感兴趣。分析了Laue的实验,推导出了比 劳厄方程更简捷的衍射公式的实验,推导出了比 劳厄方程更简捷的衍射公式 布拉格方 程布拉格方 程。劳厄方程劳厄方程和和布拉格方程布拉格方程是是X射线衍射的射线衍射的 数学表达式数学表达式。劳埃方程设设向量向量S和和S0分别与 向量分别与 向量a, b, c交成角交成角 和和 0, 和和 0, 和和 0。则劳 埃方程可化为下面的 一般形式:。则劳 埃方程可化为下面的 一般形式:a (cos cos 0) = h b (cos cos 0) = k c (cos cos 0) = l S0S针对晶体空间点阵中的某一原子列针对晶体空间点阵中的某一原子列布拉格方程劳厄方程劳厄方程是从是从原子列散射波原子列
3、散射波的干涉出发所推 导。其描述的干涉出发所推 导。其描述X射线被晶体的衍射现象时,入射 线、衍射线与晶轴的射线被晶体的衍射现象时,入射 线、衍射线与晶轴的六个夹角不易确定六个夹角不易确定,用 该方程组求点阵常数比较困难。,用 该方程组求点阵常数比较困难。1912年,年,布拉格布拉格父子开始用父子开始用X射线研究晶体 结构。从射线研究晶体 结构。从X射线被射线被原子面原子面“反射反射”的观点出发, 推出了非常重要和实用的的观点出发, 推出了非常重要和实用的布拉格定律布拉格定律。布拉格方程d LMNL1M1N1PQ2dsin = n 波程差:波程差: = PM1+ QM1= 2dsin 波长的整数倍波长的整数倍:布拉格方程的讨论 衍射线的方向衍射线的方向恰好相当于原子面对 入射线的恰好相当于原子面对 入射线的反射反射。 镜面可以任意角度反射可见光,镜面可以任意角度反射可见光,但X 射线只有在满足布拉格方程的但X 射线只有在满足布拉格方程的 角上才 能发生反射角上才 能发生反射,因此,这种反射亦称,因此,这种反射亦称选择 反射选择 反射。1) 选择反射选择反射将衍射看成反射,是布拉格方程的
4、基础将衍射看成反射,是布拉格方程的基础布拉格方程2) 反射级数反射级数 (n) d100d200(100)(200)入射线反射线入射线反射线反射级数讨论用图反射级数讨论用图2dsin = n 假设假设X射线照射到晶体的射线照射到晶体的 (100)面,而且刚好能发生 二级反射,则相应的布拉 格方程为面,而且刚好能发生 二级反射,则相应的布拉 格方程为2d100sin = 2 (200)面发生一级反射面发生一级反射2d200sin = 即即 2(d100/2)sin = 可以将可以将(100)面的二级反射 看成面的二级反射 看成(200)面的一级反射面的一级反射布拉格方程3) 干涉指数干涉指数 (HKL)2Sinhkld n hkl HKLddn 令令:2SinHKLd 则则:面间距为面间距为d dHKLHKL的晶面并不一定是晶体 中的原子面,而是为了简化布拉格 方程所引入的反射面,我们把这样 的反射面称为的晶面并不一定是晶体 中的原子面,而是为了简化布拉格 方程所引入的反射面,我们把这样 的反射面称为干涉面干涉面。干涉面的面 指数称为。干涉面的面 指数称为干涉指数。干涉指数。(nh nk
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