X射線衍射分析期末總結(jié)

1、大三-材料科學(xué)-材料X 射線衍射與電子顯微學(xué)第一部分X 射線衍射分析第一章 X 射線物理學(xué)基礎(chǔ)1.1 X 射線的本質(zhì)1. X 射線本質(zhì)：電磁輻射2. X 射線性質(zhì)： 波長較短； 具有波粒二象性； 穿透力極強(qiáng)； 對生物細(xì)胞有很強(qiáng)的破壞作用。1.2 X 射線的產(chǎn)生1. 產(chǎn)生原理：高速運(yùn)動的電子與物體碰撞時，發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，電子的運(yùn)動受阻失去動能，其中一小部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線，而絕大部分能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。2. 產(chǎn)生條件：產(chǎn)生自由電子；使電子作定向的高速運(yùn)動；在其運(yùn)動的路徑上設(shè)置一個障礙物使電子突然減速或停止。3. X 射線管：陰極（發(fā)射電子） ，陽極（靶） ，窗口和焦點。1.3 X 射線譜

2、1. 連續(xù) X 射線1）特點：由一系列波長不同的X射線組成的；它有一個最短波長入0；在大于最短波長的某一范圍內(nèi)，其波長是連續(xù)變化的。2 ） 成因：高速運(yùn)動的電子撞到陽極時突然減速，動能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽茚尫懦鰜怼?）連續(xù)X射線的最短波長入° （短波限）只與管電壓有關(guān)，與管電流和陽極材料無關(guān)。4） 連續(xù) X 射線的強(qiáng)度與管電壓、管電流和陽極材料有關(guān)。2. 特征 X 射線譜1） ） 成因：原子的內(nèi)層電子被激發(fā)造成電子躍遷。2） 特點：由若干條特定波長的 X 射線構(gòu)成，波長不連續(xù)。3） 特征 X 射線的頻率和波長是恒定不變的。4）種類：K系特征X射線；L系特征X射線；M系特征X射線等5） ） 波長

3、只與陽極材料的原子種類有關(guān)，與外界條件無關(guān)6）特征X射線的相對強(qiáng)度決定于電子在各能級間的躍遷幾率（Ka >K3 ；Ka 1 > K" 2）。7） 特征X 射線的絕對強(qiáng)度隨X 射線管的電流和電壓的增加而增大。8） 用途： X 射線衍射分析的主要光源；元素成分分析。1.4 X 射線與物質(zhì)的相互作用X 射線與物質(zhì)相互作用時，可發(fā)生散射、透射、吸收以及光電效應(yīng)等現(xiàn)象。1 . 散射1）相干散射：當(dāng)X光子與原子內(nèi)的緊束縛電子碰撞時，X光子僅改變運(yùn)動方向，能量沒有損失。散射線的波長與入射線的波長相同，并具有一定的相位關(guān)系，可以互相干涉，形成衍射圖樣。用于X 射線衍射分析。2）非相干散射

4、：當(dāng)X光子與自由電子或束縛很弱的電子碰撞時，運(yùn)動方向和能量發(fā)生 變化。不相干散射線由于波長各不相同，因此不會互相干涉形成衍射線。2 .光電效應(yīng)1）熒光X射線：光電吸收后，原子處于激發(fā)態(tài)，內(nèi)層出現(xiàn)空位。這時，外層電子就要 往內(nèi)層的空位躍遷，多余的能量會以特征X射線的形式釋放出來，這種特征 X射線稱為熒光X射線。2）俄歇電子：當(dāng)外層電子往內(nèi)層空位躍遷時，其多余的能量不是以X射線的形式釋放出來，而是傳給原子的外層電子使之脫離原子，變成自由電子。這個過程稱為俄歇 作用。由俄歇作用產(chǎn)生的自由電子稱為俄歇電子。3 .吸收：線吸收系數(shù)質(zhì)量吸收系數(shù)（與X射線的波長以及吸收物質(zhì)的原子序數(shù)有關(guān)，可以反映不同元素吸

5、收 X射線的能力）。4 .吸收限：對于一定的元素而言，隨著入射X射線波長縮短，質(zhì)量吸收系數(shù)減小，到達(dá)某一波長值，突然增加，然后又逐漸減小，質(zhì)量吸收系數(shù)突變點的波長值稱為該元素 的吸收限。應(yīng)用：X射線濾波片的濾波原理。第二章X射線衍射的幾何原理2.1晶體幾何學(xué)簡介1 .晶面和晶向指數(shù)2 .布喇菲點陣結(jié)點坐標(biāo)：簡單點陣：000;底心點陣：000, 1/2 1/2 0 ;體心點陣：000,1/2 1/2 1/2 ;面心點陣：000, 1/2 1/2 0 , 1/20 1/2 , 0 1/2 1/2。?3 .晶面間距：立方晶系 ？=2 2 4?2+ ?%+ ?4 .2倒易點陣1 .倒易點陣的定義設(shè)a、

6、b、c代表正點陣S的基矢量，a*、b*、c*代表相應(yīng)的倒易點陣 S*的基矢量a*a=1,a*b=0, a*c=0b*a=0, b*b=1, b*c=0c*a=0, c*b=0, c*c=1?x ?x ?x ?C? = ? = ?=?2 .倒易點陣的性質(zhì)1）在倒易點陣S*中，由原點指向倒易點陣點hkl的向量為Hhki, H =ha*+kb* +lc*, Hhki必和點陣S中的平面點陣（hkl）相垂直。2）向量Hhkl的長度Hhkl和點陣S中的dhkl成反比,即Hhkl=1/dhkl3 .晶帶:在晶體結(jié)構(gòu)或空間點陣中，與某一取向平行的所有晶面均屬于同一個晶帶。晶帶軸：同一晶帶中所有晶面的交線互相平

7、行，通過坐標(biāo)原點的那條直線稱為晶帶軸。晶帶定律：Hu+Kv+Lw=0晶帶定律的應(yīng)用：u=k1l2-k2l1, v=l1h2-l2h1，w=h1k2-k1h22.3 布拉格定律布拉格定律 2dsin佐n n反應(yīng)級數(shù)，2 8衍射角 反映出晶體結(jié)構(gòu)中晶胞大小及形狀的變化2.4 衍射矢量方程和厄爾瓦德圖解1 .衍射矢量|S-So|=2sin =1dhki, S入射線單彳立矢量,&衍射線單位矢量2 .厄爾瓦德圖解以入-1為半徑畫一圓，O點為倒易點陣原點，BP和晶體點陣S中的一族平面（hkl）平行, 取OP的長度為1/dhkl,這時向量OP即為倒易點陣S*中的向量H。衍射矢量方程？ = ? ?=

8、H? +K ? +L ?第三章 X射線衍射的強(qiáng)度3.1 電子和原子對衍射強(qiáng)度的影響1.電子對X射線散射后空間p點強(qiáng)度?=2（?吊）21+ ?2（梟2常數(shù)項電子散射因數(shù)，2.原子對X射線散射后P點的強(qiáng)度?= ?1+ ?偏振因數(shù)2m一包,於工 ？多?一個原子中所有電子相干散射波的合成振幅原子散射因數(shù)f = _=人口 二玷二L?一個電子相干散射波的振幅sin 0 / 入）。原子散射因數(shù)決定于原子中電子分布密度以及散射波的波長和方向（3.2 單胞對衍射強(qiáng)度的影響1 .結(jié)構(gòu)振幅?一個晶胞的相干散射波振幅?=?一個電子相干散射波的振幅?3?=? ?2? ?+ ?23？+ ?+ ?2?+ ?12 .結(jié)構(gòu)因素

9、|? 表征了單胞的衍射強(qiáng)度，反映了單胞中原子種類、原子數(shù)目及原子位 置對（HKL）晶面衍射方向上衍射強(qiáng)度的影響?| ? =?=1?=13.消光規(guī)律布拉非點陣出現(xiàn)的反射消失的反射簡單立方全部沒有體心立方H+K+L為偶數(shù)H+K+L為奇數(shù)面心立方H、K、L為全可或全偶H、K、L奇偶混雜把由于？?卻而使衍射線消失的現(xiàn)象稱為系統(tǒng)消光。結(jié)構(gòu)因素只與原子的種類及在單胞中的位置有關(guān)，而不受單胞形狀和大小的影響。4 .消光規(guī)律1）點陣消光：在復(fù)雜點陣中，由于面心、體心或底心上有附加陣點而引起的？?0的現(xiàn)象稱為點陣消光。2）結(jié)構(gòu)消光：對于那些由兩類以上等同點構(gòu)成的復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)，除遵循它們所屬的布喇菲點陣消光外，還

10、有附加的消光條件，稱為結(jié)構(gòu)消光。5 .3一個小晶體對X射線的散射晶粒的衍射強(qiáng)度？?粒?加?26 .4角因素1 .衍射的積分強(qiáng)度近似地等于ImB,其中Im為頂峰強(qiáng)度，B為半高寬。衍射積分強(qiáng)度與1/sin2喊比例。2 .粉末多晶的反射幾率參與形成衍射環(huán)的晶面，在倒易球面上的投影構(gòu)成一具有一定寬度的環(huán)帶部分。參加衍射的晶粒分?jǐn)?shù)4?2?徹？(9? :?)?彳？ ?3 .單位長度衍射環(huán)的積分強(qiáng)度洛倫茲因數(shù)=1 ?= ? .?2?2?14?2?角因數(shù)=1+ ?8?2?3.5粉末多晶體的HKL面的衍射強(qiáng)度（數(shù)），用P來表示。1.多重性因數(shù)：將等同晶面?zhèn)€數(shù)對衍射強(qiáng)度的影響因子叫多重性因子2.吸收因數(shù)A ?圓柱

11、試樣的吸收：0愈大，吸收愈小，A ?值愈接近1；在同一 0值處，？罰愈大者，A ?值 愈小。平板狀試樣的吸收：A ?= 1 n”2 ?3 .溫度因數(shù)?2?。一定時，溫度T越高M(jìn)越大，？2?越小，衍射強(qiáng)度減小；T 一定時，衍射角。越大M越大，？2?越小,衍射強(qiáng)度減小，所以背反射時的衍射強(qiáng)度較小。4 .多晶體衍射的積分強(qiáng)度公式? c ?CI = ?0?32?(?浮?|?1 + ?A ?92? ? 一相對積分強(qiáng)度?= ?21?A?2?第四章 X射線衍射實驗方法4.1勞厄法：用連續(xù)X射線照射固定的單晶，用垂直入射X射線的照相底片來紀(jì)錄衍射花樣。4.2粉末照相法1.德拜照相法1）安裝方法a正裝法：底片中

12、心是安放承光管的位置，圓筒底 片開口在光闌兩側(cè)。衍射角2。從底片中心向兩側(cè)逐漸增加b反裝法：底片中心有一個孔，是安放光闌的位置，圓筒底片開口在承光管兩側(cè)。 衍射角2。從底片中心 向兩側(cè)逐漸減小。c不對稱裝法：底片上有兩個孔，分別為安放光闌和 承光管的位置，圓筒底片開口在光闌和承光管之間。2）計算步驟對各弧對標(biāo)號人射線ft測量有效周長？效=?+ ?測量并計算弧對間距 2L4?360 °計算d 2dsin 0=入估計各線條的相對強(qiáng)度值 ？?B查卡片2,標(biāo)注晶面指數(shù)，判別點陣類型和計算點陣參數(shù)（物質(zhì)屬立方晶系）計算？?惻物質(zhì)的點陣類型？?2?=?4?2 ?2 + ?2 + ?簡單立方點陣面

13、指數(shù)平方和之比是123:4:5:6:8:9體心立方點陣 2:4:6:8:10:12:14:16:18 或者是 123:4:5:6:7:8:9 面心立方點陣應(yīng)為3:4:8:11:12:16:19:20 或者是 1:1.33:2.67:3.67:4:5.33:6.33:6.67 點陣參數(shù)計算：a = d ?2 + ?+ ?4.3粉末衍射儀法（分析方法見第五章）第五章X射線衍射物相分析5.1 物相定性分析1 .物相分析步驟1）取得樣品的粉末衍射圖2）測定衍射線的相對強(qiáng)度和面網(wǎng)間距（？?焚口 d值）3） 檢索PDF卡片4） 對卡、確定物相2.注意問題d值比強(qiáng)度數(shù)據(jù)重要多相混合物的衍射花樣中的三根最強(qiáng)線

14、可能不屬于同一物相低角度區(qū)的衍射數(shù)據(jù)比高角度區(qū)的數(shù)據(jù)重要了解試樣的來源，化學(xué)成分和物理特性有助于作出正確的結(jié)論。5.2物相定量分析1.外標(biāo)法：是首先將所測物相的純物質(zhì)另外單獨標(biāo)定，然后與多相混合物中待測相的相應(yīng) 衍射強(qiáng)度相比較而進(jìn)行的。九二 明。，（4）o %。j + j2.,由未知相A與已知相S的強(qiáng)度比內(nèi)標(biāo)法：試樣中加入已知含量的標(biāo)準(zhǔn)物相S (內(nèi)標(biāo)物)I?，I?2可求未知相A的含量。lA _ KA PS M _ 監(jiān)P1%) s H( Kg Pd % /P-We3.K值法:K值法又稱基底沖洗法，是在改進(jìn)內(nèi)標(biāo)法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的4.直接比較法：直接對比法不需要向被測試樣中摻入標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)而是以兩相的

15、強(qiáng)度比為基礎(chǔ)。第六章 X射線衍射分析應(yīng)用6.1點陣常數(shù)的精確測定1 .點陣常數(shù)精確測定原理2sinO2 .點陣常數(shù)測量的精確度3 .2多晶體試樣晶體點陣類型確定爐sin-e+1 .簡單立方點陣多晶體試樣衍射線分布規(guī)律sin2?:sin2?:sin2?: sin2?: sin2?: sin2?: sin2?： sin2? =1:2:3:4:5:6:7:8 2 .體心立方點陣多晶體試樣衍射線分布規(guī)律sin2?:sin2?2:sin2?: sin2?： sin2?： sin2?： sin2?： sin2?- =1：2:3:4:5:6:7:8 3 .面心立方點陣多晶體試樣衍射線分布規(guī)律sin2?:sin2?2:sin2?: sin2?： sin2?： sin2?: sin2? =3:4:8:11:12:16 : 19第二部分電子顯微分析第七章電子與物質(zhì)的交互作用1.電子束與固體物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的物理信號物理信號產(chǎn)生深度產(chǎn)生廣度用途分辨率儀器M電子<0A等于電子束作 用面積衣面版貌和成冊像10-100 A俄瞅電子潸 儀二次電子< g A的箸于電子束形貌像、結(jié)