實驗二德拜照相法及其應(yīng)用-2011

1、實驗二 德拜照相法及其應(yīng)用一實驗?zāi)康?. 了解德拜相機的構(gòu)造2. 掌握德拜法進行 X射線衍射的步驟3. 掌握非對稱德拜照片的計算和標(biāo)定二實驗原理德拜法是衍射學(xué)中古老而經(jīng)典的方法，它的基本原理用一句話來概括就是：用單色X射線照射粉末和多晶體，用膠片紀(jì)錄衍射信息。晶體發(fā)生衍射的基本條件是晶體的取向和X射線滿足布拉格公式。德拜法所用的粉末樣品的晶體取向是隨機的，當(dāng)單色X射線照射到粉末上時，樣品的眾多粉末顆粒中總能存在滿足布拉格公式的顆粒，使得某一衍射線產(chǎn)生，如圖1所示。因此，德拜法可以得到所有的衍射線。用膠片來記錄衍射環(huán)，就得到德拜衍射照片。圖1德拜照相法原理圖（不對稱裝片法）三儀器設(shè)備本實驗所用的

2、德拜相機是丹東晶體廠生產(chǎn)的JF-1型德拜衍射儀。衍射儀主要包含X射線發(fā)生器、德拜相機、高壓控制裝置三部分。X光管在高壓驅(qū)動下產(chǎn)生 X射線，裝有快門可以控制X射線出射與否。該型號衍射儀有四個出射口，采用的是水冷銅靶， 波長為1.54?。一大一小兩臺德拜相機安裝在兩根導(dǎo)軌上，緊挨著出射口。從快門出射的X射線進入德拜相機，照射到樣品產(chǎn)生衍射，衍射信號由膠片收集。圖2實驗所用德拜相機的結(jié)構(gòu)示意圖。入射光闌和出射光闌可以濾去雜散的X光，得到準(zhǔn)直的X光。樣品處于圓心位置，并且由電機帶動發(fā)生轉(zhuǎn)動以達到均勻照射的效果。如 果光路正確，入射 X光除了少部分在樣品上發(fā)生衍射之外，其余得都從出光管出射，這樣 末端的

3、熒光屏就會發(fā)出熒光。觀察熒光屏上的光斑，就可以檢驗是否有X射線入射。德拜相機的直徑設(shè)計成 57.3mm或者114.6mm，這樣照片的周長正好是 180mm和360mm，1mm 分別表示2。和1，便于換算。膠片的開口不同可以有三種，分別是正裝法、反裝法和不 對稱裝片法。不對稱裝片法的照片最好，因為照片上有入射和出射口，方便校正沖洗膠片時的收縮。圖2德拜相機結(jié)構(gòu)簡圖四實驗步驟4.1德拜衍射儀的使用1開啟冷卻水2在確認X光管快門關(guān)閉的情況下，打開總電源開關(guān)，稍等片刻等待高壓發(fā)生，此時電壓大約為2kV，然后從2kV到20kV逐檔加大電壓（每檔 5kv左右）。穩(wěn)定約5秒后，類 似電壓的加載方式，從 0到

4、2mA逐檔加大電流。此時， X光管開始工作。3制作樣品德拜衍射法的樣品都為細絲狀，或者是樣品的細絲，或者是粉末樣品粘附在玻璃絲外側(cè)。細絲狀樣品可以直接安裝到相機的樣品臺上，粉末樣品則需要先把樣品在研缽中研細，然后在玻璃絲外側(cè)涂上膠水，均勻沾上少許待測的粉末，用洗耳球吹去多余的粉末，晾干。4安裝樣品此步驟的目的也是關(guān)鍵是讓樣品處于相機的圓心，以保證樣品在電機帶動轉(zhuǎn)動時不會 因為偏心而離開光路。為了觀察，將出射管的熒光屏部件旋下，換上觀察用的目鏡。此時將入射口對準(zhǔn)日光燈、白墻、窗戶等光源，可以在目鏡中看到圓形光亮區(qū)。將樣品安裝在樣品臺上，合上相機蓋，將入射口對準(zhǔn)日光燈，在圓形光亮區(qū)中會出現(xiàn)樣品的輪

5、廓。理想情況下，如果樣品處于相機的圓心，那么樣品的輪廓處于圓形光亮區(qū)的中心，隨著樣品臺的轉(zhuǎn)動，樣品的輪廓不變化。但，一般樣品都存在少許偏心，需要調(diào)整。并 且樣品的輪廓能隨樣品臺的轉(zhuǎn)動而上下移動緩慢旋轉(zhuǎn)樣品臺同時通過目鏡觀察試樣，如果發(fā)現(xiàn)試樣臺旋轉(zhuǎn)到某個位置時樣品的輪廓完全離開了光路，即看到了和不裝樣品一樣的圓形光亮區(qū)時，表明此時樣品完全偏離了光路，安裝膠片（暗室中），檢查樣品安放相機，進行 X射線照射（1h1.5h）4.2德拜照片的沖洗顯影與定影，暗室中的操作4.3德拜照片的計算與標(biāo)定從德拜照片上的衍射環(huán)可以計算每個衍射環(huán)對應(yīng)的衍射角度，然后根據(jù)布拉格衍射公式可以標(biāo)定每個衍射環(huán)所對應(yīng)的晶面指數(shù)

6、。4.3.1德拜照片的計算（非對稱德拜照片）非對稱德拜照片能夠全面記錄各個衍射角B的衍射線，并且可以消除沖洗后底片收縮引起的誤差，所以在實際工作中應(yīng)用最多。由非對稱德拜照片的示意圖（標(biāo)出出射孔A和入射孔B），說明照片上的距離對應(yīng)了角度。說明坐標(biāo)原點。加 1*2 2*1 i/W L、-%二fLi I；心細二(仏+ Id+計算非對稱德拜照片的具體步驟如下:辨別入射方向一一為了方便，將照片按照入射孔A左方的規(guī)則放置。編線號一一尋找相同衍射環(huán)的線，將同一衍射環(huán)的兩條衍射線編上相同的號碼。為了 方便，可按照e從小到大編號。測量線的坐標(biāo)一一選擇照片上靠近出射孔的一側(cè)為坐標(biāo)原點o （因為此側(cè)e?。?測量每條

7、衍射線的坐標(biāo)，做好記錄。計算照片的角度修正系數(shù)一一出射孔A和入射孔B的中心距離，這個距離AB相當(dāng)于180。的角度范圍。從 A孔的一對衍射線可以計算出A孔中心的坐標(biāo)，例如：xa=（左L1 +右L1）/2。由每一對衍射線都可以計算得到一個A孔中心的坐標(biāo)，平均處理得到 A的平均坐標(biāo)。類似，測量計算入射孔中心B的平均坐標(biāo)。那么，兩個孔的中心距AB= xa- xb , AB對應(yīng)的角度是180,所以，膠片的收縮修正系數(shù)p=180/AB。膠片的收縮一般只有百分之幾，所以，大相機的修正系數(shù) p 一般在1附近，小相機的p在2附近。計算每個衍射環(huán)的e 計算每個衍射環(huán)的直徑，乘于角度修正系數(shù)p就得到了 4B,除以4

8、得到e這就為接下來的標(biāo)定做好了準(zhǔn)備。4.3.2德拜照片的標(biāo)定標(biāo)定的目標(biāo)是給出每個衍射環(huán)所對應(yīng)的晶面指數(shù)。標(biāo)定的方法可以采用嘗試的方法。首先假定試樣是立方晶系的，如果不成功，再加設(shè)試樣是六方或者正方晶系。如此繼續(xù)下去，直到標(biāo)定成功為止。實驗數(shù)據(jù)的精確度是嘗試是 否成功的決定性因素。假設(shè)是立方晶系，根據(jù)晶面間距的公式：一系列晶面間距d已經(jīng)由前面的德拜環(huán)計算出來了，現(xiàn)在需要做的就是確定a以及每個德拜環(huán)對應(yīng)的 h, k, l。各個點陣具有不同的消光條件，出現(xiàn)衍射環(huán)的晶面呈現(xiàn)一定的遞增規(guī)律，如表2.1所示。相應(yīng)地，晶面指數(shù)的平方和也呈現(xiàn)一定的遞增規(guī)律，可以作為標(biāo)定的依據(jù)。定義晶面指數(shù)的平方和 m2 2

9、2m= h + k +1表1.1 SC BCC FCC的消光條件和相應(yīng)的 m值消光條件可能的衍射環(huán)指數(shù)和 m值SC無hkl : 100, 110, 111,200, 210, 211,220, 221,m : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9,BCC h+k+l為奇數(shù)hkl : 110, 200, 211,220, 310, 222, 321,400, m : 2, 4, 6, 8, 10,12, 14, 16,FCC h,k, l奇偶混雜hkl : 111,200, 220, 311,222, 400, 331,420,m : 3, 4, 8, 11,12, 16, 19, 20

10、,由晶面公式:a h2 + k2 + l2由實驗測得各個的衍射環(huán)的衍射角0,可以計算出各個 m。具體過程是:2m = (a/d)把布拉格公式入2sin 0代入上式可以得到:4 a2 . 2 m = sin設(shè)各個德拜環(huán)的 sin2 0為sin2 91, sin2 0, sin2 03,，以其相對應(yīng)的m值為ml ,m2 , m3,，貝Usin2 0: sin2 0: sin2 93:=ml: m2: m3:由實驗測得的 0十算出sin2 0,就可以得到 m,注意到m必須是整數(shù)，如果m出現(xiàn)分數(shù)，要乘個系數(shù)湊出整數(shù)的m來。表2.2說明了標(biāo)定的過程。表中首先給出了實測的8條衍射線sin2 0值，再將各sin2 0值之比整數(shù)化，得到表中的比率。考慮到m是三個整數(shù)的平方和，其值不能等于 7,于是將比率擴大2倍，得到m值，與表2.1對照，得到各個衍射環(huán)的指數(shù) hkl。表1.2立方晶系德拜照片的標(biāo)定示例線號1 2 34 5 6 7 8sin 0測量值0.113 0223 0.3320.439 0.551 0.658 0.764 0.87(比率1 2 34 5 6 7 8m2 4 6