《X射线的衍射》课件

射线的衍射X射线的基本性质X穿透性荧光效应12射线可以穿透许多物质，例如人体、金属和塑料，穿透能当射线照射到某些物质时，会使物质发出可见光，例如X X X力与物质的密度和原子序数有关射线照射到荧光屏上，就会发出可见光电离作用生物效应34射线可以使气体电离，这是射线探测器的基本原理之一射线对生物体有伤害作用，会导致细胞死亡或基因突变，X X X因此使用射线时要做好防护措施X射线的产生机理X高速电子轰击1电子束撞击金属靶材，原子内层电子跃迁2电子被激发，射线光子发射X3原子恢复稳定状态，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，从而发射出射线光子高速电子撞击靶材原子，使靶材原子X X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，以射线光子的形式辐射出来X射线的波性质X电磁波波长衍射现象射线是电磁波谱中的一种，具有波射线的波长范围在纳米到射线可以通过晶体发生衍射，产生X X

0.0110X粒二象性纳米之间，比可见光波长短得多干涉图样布拉格反射条件12入射角反射角入射射线束与晶体平面的夹角衍射射线束与晶体平面的夹角X X2晶格间距相邻晶体平面之间的距离布拉格方程公式含义当入射射线的波长和晶体中晶格平面间距满足一定关系时2d sinθ=nλXλd，就会发生衍射现象晶格平面间距定义影响因素重要性晶格平面间距是指相邻晶格平面之间的晶格平面间距受晶格常数和晶格方向的晶格平面间距是射线衍射分析的重要X距离影响参数劳厄圆当一束单色射线入射到晶体上，会发生衍射现象衍射的射线在空间XX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X方式劳厄圆的直径与晶体晶格常数有关，圆心位于入射射线的中心，X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布拉格方程1描述晶体衍射现象倒格子2描述晶体结构劳厄圆3解释衍射现象点阵衍射点阵衍射现象描述了射线在周期射线照射到晶体时，会发生衍射XX性排列的原子阵列上的散射行为现象，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晶体结构模型构建结构精修通过分析衍射图样，可以确定晶体的晶根据衍射数据，利用软件工具构建晶体对模型进行精修，使模型与实验数据更胞参数、空间群和原子位置结构模型加吻合单晶衍射实验样品制备1选择合适的单晶，进行切割、研磨和抛光安装样品2将样品固定在衍射仪的样品台上，并精确调整其位置数据采集3使用X射线照射样品，并收集衍射数据数据处理4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晶胞在轴方向上的长度a a晶胞在轴方向上的长度b b晶胞在轴方向上的长度c c晶胞轴和轴之间的夹角αb c晶胞轴和轴之间的夹角βa c晶胞轴和轴之间的夹角γa b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粉末衍射粉末衍射NaCl CuO的粉末衍射图样具有明显的特征峰，这些峰对应于的粉末衍射图样更加复杂，反映了其更复杂的晶体结构NaCl NaClCuO晶体结构的晶面间距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定量分析精修应用领域Rietveld123根据不同相的衍射峰强度，计算利用精修软件，对粉末广泛应用于材料科学、化学、地Rietveld各相的含量比例衍射图谱进行拟合，得到各相的质学等领域，用于确定多相材料含量、晶胞参数等信息中各相的含量晶粒尺寸分析12公式微观结构Scherer利用射线衍射峰的宽度来确定晶提供有关材料的微观结构信息，如X粒尺寸晶粒大小和形状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射线衍射测量晶体内部的X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相变机理研究相变动力学射线衍射可以准确地识别材料中的相通过分析衍射图样的变化，可以深入研可以研究相变的速度、过程和动力学，X变，例如晶体结构的改变、晶格参数的究相变的机理，例如相变的温度、压力例如相变的速率、相变的路径和相变的变化或新的相的出现、时间或其他因素的影响控制因素相分析的应用领域材料科学化学识别材料的相组成、晶体结构和微观结构，例如金属合金、陶分析化学反应产物，确定反应机理和产物纯度瓷和聚合物地质学生物学确定矿物和岩石的成分、结构和形成条件，例如地质勘探和矿分析生物材料的结构和成分，例如蛋白质和DNA产资源开发射线差拉比X衍射峰位移衍射峰强度变化衍射峰形状变化分析不同材料的衍射峰位置变化可以确通过分析衍射峰的强度变化可以了解材分析衍射峰的形状变化可以判断材料内,,,定材料的晶格常数变化料内部的应力状态部是否存在不同的相态动力学衍射理论多重散射1考虑射线在晶体中多次散射的影响X波动方程2基于麦克斯韦方程组推导出晶体中射线传播的波动方程X边界条件3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X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X，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是一种表面敏感的分析技术，用于研究材料RHEED的表面结构和生长过程在中，一束高能电子束以掠射角照射样品表面，被表面原子散射RHEED，形成衍射图案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RHEED信息像散分析透镜像差影响因素像散是透镜像差的一种，指的像散的影响因素包括透镜的形是非点光源通过透镜后，在成状、材料和制造精度，以及光像平面上形成的两个相互垂直束入射角等的模糊线的现象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射线衍射技术，可以确定材料的晶体结构，包括晶胞参X数、空间群、原子位置等例如，通过对金刚石的射线衍射X实验，可以确定其晶体结构为立方晶系，晶胞参数为

3.567Å，空间群为，碳原子位于晶胞的四个顶点和六个面心位Fd3m置结论与展望射线衍射技术是材料科学的重要研究手段，在材料的结构分析、相分析、X晶粒尺寸分析等方面发挥着重要作用。