《X射线和单晶衍射》PPT课件
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X射线及其衍射PPT课件
n=3(M)
n=2(L)
Kα1 Kα2 Kβ1
n=1(K)
Cu 靶X-ray
波长
相应跃迁
λ = (Cu Kα1)=154.056pm 2P3/2
2S1/2 (8.05Kev)
λ = (Cu Kα2)=154.439pm 2P1/2
2S1/2 (8.03Kev)
λ = (Cu Kβ)=139.222pm
§2-1 引言 1、 X-射线的发现
1895年，德国物理学家伦琴 （Röntgen 1845-1923）在研究阴 极射线时，发现了一种新的射线 ——X-ray, 初时因为对它的本质 还不认识,故名X射线.
X射线及其衍射
X射线及其衍射
X射线及其衍射
2. X-ray 的应用 晶体的周期性结构使晶体能对
(c) 通过“对阴极”的金属靶对高速电子实行拦截。
X射线及其衍射
X光机的简单电路图
X射线及其衍射
封闭式X光管的结构图
X射线及其衍射
X-ray 管阴极放出的热电子在高压电场（不同金属 的阳极靶都有其临界电压，超过此电压可产生特征 X-ray，如Cu靶的临界电压为8.981kV，但随着管电 压的加高，特征X-ray 的强度大幅度增强，所以， Cu 的工作电压为 30~40kV）作用下撞到X-ray源的 阳极靶上，大部分动能转化为热（需冷却水），小 部分却会产生连续X-ray。
光程差：Δ=PA-OB= a(cosα-cosα0 )=hλ h=0, ±1, ±2, ….
X射线及其衍射
直线点阵的衍射方向 X射线及其衍射
直线点阵上衍射圆锥的形成
当α0 = 90° 时，Δ=acosα =hλ, h = ± n 的两套圆锥面对称，可得一组双曲线
晶体X射线衍射学3,衍射原理50页PPT
晶体X射线衍射学3,衍射原理
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
《X射线衍射分析》课件
总结
X射线衍射实验的优缺点
概述X射线衍射实验的优点和局 限，以及可能的改进措施。
X射线衍射分析的发展趋势
讨论X射线衍射分析的未来趋势， 来自新技术和应用领域。对学习与研究的启示
总结X射线衍射分析对学习与研 究的重要性和价值，以及可能的 研究方向。
掌握X射线衍射实验的基本实现步骤，从样品 制备到衍射图谱的获取。
X射线衍射实验
X射线源
不同类型的X射线源及其在实验 中的应用。
单晶衍射实验
解释单晶衍射实验原理和步骤， 以及单晶衍射实验在材料研究 中的应用。
多晶衍射实验
介绍多晶衍射实验的原理和操 作，以及多晶材料的结构分析。
X射线衍射数据处理
衍射图解析
《X射线衍射分析》PPT 课件
X射线衍射分析课件是关于X射线衍射的详细介绍。包括X射线衍射概念、实验 原理和操作演示，以及数据处理和应用举例。让我们一起探索X射线衍射的奥 秘！
X射线衍射概念
1 X射线衍射实验原理
2 X射线衍射实现步骤
了解X射线衍射实验的基本原理，如光的波动 性和晶体结构的相互作用。
如何解析X射线衍射图，以确定晶体结构和晶格常数。
峰面指数的确定
讲解确定峰面指数的方法，以及它在晶体学中的重要性。
晶格常数的计算
介绍计算晶格常数的公式和步骤，为材料研究提供准确的结构信息。
实验操作演示
1
单晶衍射实验
展示单晶衍射实验的操作步骤，包括样
多晶衍射实验
2
品装载、X射线照射和衍射图的获取。
演示多晶衍射实验的操作流程，详细说
明多晶样品的制备和衍射数据的处理。
3
粉末衍射实验
进行粉末衍射实验的操作演示，包括样 品制备、测量和数据分析。
第5章 单晶X射线衍射仪 PPT课件
各圆和实验坐标（XL,YL,ZL）的关系
四圆衍射仪法
主要用途
测定晶体结构 晶体对称性 研究未知晶体
转晶法：单色X射线照射转动的单晶体样品， 并用圆筒底片记录衍射信息的衍射方法．
单晶X射线衍射仪——四圆衍射仪法
四圆衍射仪法
入射光和探测器在一个平面内（称赤道平面）, 晶体 位于入射光与探测器的轴线的交点，探测器可在此平面内 绕交点旋转，因此只有那些法线在此平面内的晶面族才可 能通过样品和探测器的旋转在适当位置发生衍射并被记录。 如何让那些法线不在赤道平面内的面族也会发生衍射并能 被记录呢？办法是让晶体作三维旋转，有可能将那些不在 赤道平面内的晶面族法线转到赤道平面内，让其发生衍射， 四圆衍射仪正是按此要求设计的。
?单晶x射线衍射仪四圆衍射仪法四圆衍射仪法入射光和探测器在一个平面内称赤道平面晶体位于入射光与探测器的轴线的交点探测器可在此平面内绕交点旋转因此只有那些法线在此平面内的晶面族才可能通过样品和探测器的旋转在适当位置发生衍射并被记录
第 5 章 单晶体的研究方法
分析的对象是一粒单晶体，如一粒砂糖或一 粒盐。在一粒单晶体中原子或原子团均是周期排 列的。将X射线射到一粒单晶体上会发生衍射， 对衍射线进行分析可以解析出原子在晶体中的排 列规律——即解出晶体结构。
晶格－空间点阵示意图
晶胞的表示方法
2 维点阵平面
a
（０，１，０）
b
（１，０，０）
若将一束单色X射线射到一粒静止的 单晶体上，入射线与晶粒内的各晶面族都 有一定的交角θ，其中只有很少数的晶面能 符合布拉格公式而发生衍射。如何才能使 各晶面族都发生衍射呢？
劳埃法：以连续X射线照射不动的单晶体样 品，并用平板底片记录衍射信息的衍射方 法．
X射线衍射原理 ppt课件
ppt课件
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晶格间距d为nm级，X射 线的波长同样为nm级， 因此X射线可在晶体晶格 中发生衍射。
经原子发生衍射的X光， 波长相等，位相差恒定， 相互可发生干涉作用。
相长干涉 相消干涉
ppt课件
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X射线 照射
呈周期排列的原子 衍射
原子成为新的散射波源 位相相同，干涉
大部分方向相消干涉 几个方向相长干涉
可见光的反射比较，X射线衍射有着根本的区别： 1、单色射线只能在满足Bragg方程的特殊入射角下 有衍射。 布拉格方程是X射线在晶体产生衍射的必要条件而 2、衍射线来非自充晶分体条表件面。以有些下情整况个下受晶照体区虽域然满中足所布有拉原格方程 子的散射贡献但。不一定出现衍射线，即所谓系统消光。
3、衍射线强度通常比入射强度低。 4、衍射强度与晶体结构有关，有系统消光现象。
（a=b≠c）
3
ppt课件
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2.2 布拉格方程
衍射：波离开直线传播的位置绕 到障碍物后的现象。 条件：障碍物的尺寸比波长小或 与波长相近。
干涉：满足一定条件的两列光波 相遇叠加，在某些区域振动会加 强，在某些区域振动会减弱，为 干涉现象。 条件：两列波的振动方向相同， 频率相同，有一定的光程差。
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X射线衍射的概念
衍射：X射线照射晶体，电子受迫振动产生相 干散射形成原子散射波。由于晶体内各原子呈 周期排列，因而各原子散射波间也存在固定的 位相关系而产生干涉作用，在某些方向上发生 干涉，即形成衍射波，电子散射线干涉的总结 果称为衍射。衍射的本质是晶体中各原子相干 散射波叠加的结果。
✓ 已知晶体的晶面间距d，测定θ角，计算X 射线的波长，X射线光谱分析——研究原 子结构。
晶体X射线衍射学3,衍射原理PPT课件
1
第三章 X射线衍射原理
1、晶体衍射两要素 2、劳厄（Laue）方程 3、布拉格（Bragg）方程 4 劳厄方程与布拉格方程的一致性 5 衍射矢量方程和厄尔瓦德图解
2
3
3.1衍射的两个要素
晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分布规 律。 晶体的X射线衍射包括两个要素： （1） 衍射方向，即衍射线在空间的分布规律，由晶胞大小、 类别和位向决定（hkl）。 （2） 衍射强度，即衍射线束的强度， 取决于原子的种类和 它们在晶胞中的相对位置。
（2）不同晶面的反射线若要加强，必要的条件是相 邻晶面反射线的光程差为波长的整数倍。
布拉格方程是X射线对晶体产生衍射的必要条件而非 充分条件。有些情况下晶体虽然满足布拉格方程，但 不一定出现衍射线，即所谓系统消光。
23
选择反射
（重点：与可见光的镜面反射的区别） X射线在晶体中的衍射实质上是晶体中各原子散射波之间的
因此，衍射矢量S-S0必垂直于晶面(hkl)。
41
42
矢量方程的讨论
1、产生衍射的条件是入射线矢量、反射线 矢量与倒易矢量构成等腰三角形。
2、对于一个给定的X射线（λ一定），高晶 面指数（H, K, L大）要形成衍射，要求S0 -S越大，即2θ角度越高。
43
衍射的厄瓦尔德（Ewald）图解
21
根据图示，光程差：
干涉加强的条件是：
式中：d晶面间距，n为整数， 称为反射级数；θ为入射线或 反射线与反射面的夹角，称为 掠射角，由于它等于入射线与 衍射线夹角的一半，故又称为 半衍射角，把2 θ称为衍射角。
22
因此，已经证明：当一束单色平行的X射线照射到晶 体时，
（1）同一晶面上的原子的散射线，在晶面反射方向上 可以相互加强；
第三章 X射线衍射原理
1、晶体衍射两要素 2、劳厄（Laue）方程 3、布拉格（Bragg）方程 4 劳厄方程与布拉格方程的一致性 5 衍射矢量方程和厄尔瓦德图解
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3.1衍射的两个要素
晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分布规 律。 晶体的X射线衍射包括两个要素： （1） 衍射方向，即衍射线在空间的分布规律，由晶胞大小、 类别和位向决定（hkl）。 （2） 衍射强度，即衍射线束的强度， 取决于原子的种类和 它们在晶胞中的相对位置。
（2）不同晶面的反射线若要加强，必要的条件是相 邻晶面反射线的光程差为波长的整数倍。
布拉格方程是X射线对晶体产生衍射的必要条件而非 充分条件。有些情况下晶体虽然满足布拉格方程，但 不一定出现衍射线，即所谓系统消光。
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选择反射
（重点：与可见光的镜面反射的区别） X射线在晶体中的衍射实质上是晶体中各原子散射波之间的
因此，衍射矢量S-S0必垂直于晶面(hkl)。
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42
矢量方程的讨论
1、产生衍射的条件是入射线矢量、反射线 矢量与倒易矢量构成等腰三角形。
2、对于一个给定的X射线（λ一定），高晶 面指数（H, K, L大）要形成衍射，要求S0 -S越大，即2θ角度越高。
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衍射的厄瓦尔德（Ewald）图解
21
根据图示，光程差：
干涉加强的条件是：
式中：d晶面间距，n为整数， 称为反射级数；θ为入射线或 反射线与反射面的夹角，称为 掠射角，由于它等于入射线与 衍射线夹角的一半，故又称为 半衍射角，把2 θ称为衍射角。
22
因此，已经证明：当一束单色平行的X射线照射到晶 体时，
（1）同一晶面上的原子的散射线，在晶面反射方向上 可以相互加强；
X射线衍射图谱分析——介绍 ppt课件
六、X射线衍射仪组成：
带有稳压稳流装置的X射线发生器 精密的测角仪系统
控制及数据处理系统
PPT课件
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（利用单色器得到特征X射线）
PPT课件
6
七、数据分析方法
X射线物相分析 晶胞参数的确定 晶粒尺寸的计算 结晶度的测量 晶粒取向测定 ……
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X射线物相分析
① 粉末衍射图谱的获得 ② d 值的测量： 2θ →d 2dsinθ=nλ ③ 相对强度的测量
各衍射线的峰高比——最强线为100 ④ 查阅索引 ⑤ 核对卡片
PPT课件
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1、晶体不同晶面“反射”衍射强度不同,测得的衍射线强度是一组晶 面（hkl）反射的X射线总量，即积分强度。
2、入射X射线不是严格平行而是有一定散度的光束，晶体也非严整的 格子，一组晶面反射的X射线是在θ附近一个小的角度范围内
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二、晶胞参数测定方法
• 间接方法；直接测量某一衍射线的θ 角，然后通 过晶面间距公式、布拉格公式计算出晶格常数。
• 以立方晶体为例，其晶面间距公式为：
•
a d H 2 K 2 L2
• 根据布拉格3 方程2dsinθ =λ，则有：
•
H 2 K 2 L2
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1 横坐标：衍射角2θ 单位 °
2 纵坐标：强度标值 I 单位cps(记数/秒)
3 峰顶标值：网面间距d 单位埃
4 基线：BL
5 衍射强度：去背景后的峰高h 单位cps
可用相对强度 峰值最大为100
6 半高宽：峰高的1/2宽度（表示某些晶体的
结晶度）单位 °
《X射线衍射》课件
2 X射线与晶体相互作用的基本原理
描述X射线与晶体相互作用的方式，包括散射、干涉和衍射。
3 晶体结构参数的测定
讲解使用X射线衍射技术确定晶体结构参数的方法和步骤。
X射线衍射实验
X射线粉末衍射实验
介绍X射线粉末衍射实验的原 理和实验步骤，以及常用的X 射线衍射仪器。
晶体单晶的制备与测量
探讨制备和测量晶体单晶的 技术，以及单晶X射线衍射实 验的意义。
《X射线衍射》PPT课件
X射线衍射PPT课件大纲
简介
什么是X射线衍射
X射线衍射是一种通过射入晶体的X射线的衍射图案来研究晶体结构的方法。
X射线衍射的历史和应用
探索X射线衍射的历史，以及它在材料学、生物学等领域的广泛应用。
X射线衍射的原理
1 X射线衍射是什么
解释X射线衍射的基本概念和原理，以及X射线衍射实验进行 晶体结构分析的方法和应用。
结论和应用
1
结论和应用简介
总结X射线衍射的研究成果和应用领域，突出其在科学研究中的重要性。
2
X射线衍射在材料学中的应用
探讨X射线衍射在材料学研究中的应用，如材料的晶体结构分析和相变研究。
3
X射线衍射在生物学中的应用
介绍X射线衍射在生物学研究中的应用，如蛋白质结构解析和药物研发。
总结
X射线衍射的发展前景
展望X射线衍射技术的未来发展，尤其是在材料 科学和生物医学领域的应用。
X射线衍射的优缺点
评述X射线衍射技术的优点和局限性，以及需要 克服的挑战。
描述X射线与晶体相互作用的方式，包括散射、干涉和衍射。
3 晶体结构参数的测定
讲解使用X射线衍射技术确定晶体结构参数的方法和步骤。
X射线衍射实验
X射线粉末衍射实验
介绍X射线粉末衍射实验的原 理和实验步骤，以及常用的X 射线衍射仪器。
晶体单晶的制备与测量
探讨制备和测量晶体单晶的 技术，以及单晶X射线衍射实 验的意义。
《X射线衍射》PPT课件
X射线衍射PPT课件大纲
简介
什么是X射线衍射
X射线衍射是一种通过射入晶体的X射线的衍射图案来研究晶体结构的方法。
X射线衍射的历史和应用
探索X射线衍射的历史，以及它在材料学、生物学等领域的广泛应用。
X射线衍射的原理
1 X射线衍射是什么
解释X射线衍射的基本概念和原理，以及X射线衍射实验进行 晶体结构分析的方法和应用。
结论和应用
1
结论和应用简介
总结X射线衍射的研究成果和应用领域，突出其在科学研究中的重要性。
2
X射线衍射在材料学中的应用
探讨X射线衍射在材料学研究中的应用，如材料的晶体结构分析和相变研究。
3
X射线衍射在生物学中的应用
介绍X射线衍射在生物学研究中的应用，如蛋白质结构解析和药物研发。
总结
X射线衍射的发展前景
展望X射线衍射技术的未来发展，尤其是在材料 科学和生物医学领域的应用。
X射线衍射的优缺点
评述X射线衍射技术的优点和局限性，以及需要 克服的挑战。
《X射线和单晶衍射》课件
Laue方程描述了X射线在非 周期性物质中的散射现象。
衍射实验与数据处理
1
X射线单晶衍射实验
通过实验测量晶体中的X射线衍射图样。
2
衍射图样的解析
分析衍射图样来确定晶体结构的信息。
3
结构分析软件的使用
使用计算机软件来解析和处理衍射数据。
X射线衍射在材料科学中的应用
1
晶体结构分析
利用X射线衍射来确定材料的晶体结构。
《X射线和单晶衍射》 PPT课件
欢迎来到《X射线和单晶衍射》PPT课件。在本次课程中，我们将探讨X射线的 原理、产生过程以及在材料科学中的应用，同时也介绍了单晶衍射的基础知 识和数据处理方法。
简介
什么是X射线？
X射线是一种电磁辐射，具有极 短的波长和高能量。
X射线的应用领域
X射线在医学、材料科学、安全 检测等领域有广泛的应用。
什么是单晶衍射
单晶衍射是通过射向晶体的X射 线来研究晶体结构的技术。
X射线的产生
X射线管的工作原理
X射线管通过高压电场和阴极产生电子，然后利用阳极产生X射线。
X射线的产生过程
当快速移动的电子撞击靶材时，产生了X射线。
X射线的特性
X射线的波长和频率
X射线的波长非常短，频率非常高， 能够穿透物质并与之相互作用。
2
孪晶分析
通过X射线衍射研究材料中的孪晶现象。
3
磁性材料中的衍射
利用X射线衍射研究磁性材料的结构和性质。
结论
X射线技术在现代材料科学中的广泛应用
X射线技术在材料科学中起着至关重要的作用，帮助我们研究和理解材料的结构和性质。
学பைடு நூலகம்X射线和单晶衍射的必要性
学习X射线和单晶衍射对于从事材料科学研究和相关领域的人士来说是非常重要的。
《X射线衍射基础》课件
《X射线衍射基础》PPT 课件
X射线衍射基础课程将为您介绍X射线衍射的概念、原理、仪器以及应用。掌 握这一重要的分析技术，并了解其在晶体结构分析、粉末衍射和表面膜研究 中的应用。
引言
X射线衍射的概念及历史背景 X射线衍射的应用领域
原理
X射线的产生及特性
探索X射线是如何产生并具有特殊特性的。
散射和衍射
2
衍射峰的解析
深入分析衍射峰以获得更多有关晶体结构的信息。
3
衍射峰的量化分析
学习如何定量分析衍射峰以获得更准确的结果。
X射线衍射的应用
晶体结构分析
探索X射线衍射在研究晶体结 构和分子排列中的应用。
Байду номын сангаас
粉末衍射
学习如何使用粉末衍射技术 分析材料的结晶质量和成分。
表面膜之X射线衍射
了解如何利用X射线衍射研究 薄膜的生长和性质。
理解X射线的散射和衍射现象，以及与晶体结构的关系。
晶体的结构和衍射
了解晶体的结构是如何导致X射线的衍射图案。
X射线衍射仪器
实验装置
探索用于执行X射线衍射实验的仪器和设备。
数据采集
学习如何从X射线衍射实验中收集宝贵的数据。
X射线衍射分析方法
1
Bragg衍射定律
熟悉Bragg衍射定律并了解其在分析中的应用。
总结
1 X射线衍射的重要性
总结X射线衍射技术在科学研究和工业应用中的重要性。
2 进一步研究和应用的展望
展望未来，探索更多关于X射线衍射的研究和应用领域。
X射线衍射基础课程将为您介绍X射线衍射的概念、原理、仪器以及应用。掌 握这一重要的分析技术，并了解其在晶体结构分析、粉末衍射和表面膜研究 中的应用。
引言
X射线衍射的概念及历史背景 X射线衍射的应用领域
原理
X射线的产生及特性
探索X射线是如何产生并具有特殊特性的。
散射和衍射
2
衍射峰的解析
深入分析衍射峰以获得更多有关晶体结构的信息。
3
衍射峰的量化分析
学习如何定量分析衍射峰以获得更准确的结果。
X射线衍射的应用
晶体结构分析
探索X射线衍射在研究晶体结 构和分子排列中的应用。
Байду номын сангаас
粉末衍射
学习如何使用粉末衍射技术 分析材料的结晶质量和成分。
表面膜之X射线衍射
了解如何利用X射线衍射研究 薄膜的生长和性质。
理解X射线的散射和衍射现象，以及与晶体结构的关系。
晶体的结构和衍射
了解晶体的结构是如何导致X射线的衍射图案。
X射线衍射仪器
实验装置
探索用于执行X射线衍射实验的仪器和设备。
数据采集
学习如何从X射线衍射实验中收集宝贵的数据。
X射线衍射分析方法
1
Bragg衍射定律
熟悉Bragg衍射定律并了解其在分析中的应用。
总结
1 X射线衍射的重要性
总结X射线衍射技术在科学研究和工业应用中的重要性。
2 进一步研究和应用的展望
展望未来，探索更多关于X射线衍射的研究和应用领域。
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第四章 X-射线晶体学基础和 粉末/单晶衍射技术
材料：结构决定性能……
• 物质的性质、材料的性能决定于它们的组成和微观结构。 • 如果你有一双X射线的眼睛，就能把物质的微观结构看个清清楚楚明明白白！ • X射线衍射将会有助于你探究为何成份相同的材料，其性能有时会差异极大. • X射线衍射将会有助于你找到获得预想性能的途径。
主要成就：在第一次世界大战期间，他与 维恩一起发展电子放大管，用于改进军用通 讯技术，1907年，他从光学角度支持爱因斯 坦狭义相对论，1910年写了一本专著，最重 要贡献是发现了“X射线通过晶体的衍射”。
2. Bragg方程
空间点阵的衍射条件除了用劳埃方程来表 示以外，还有一个很简便的关系式，这就是布 拉格（Bragg）方程。
The Nobel Prize in Physics 1915
"for their theories, developed independently, concerning the course of chemical reactions"
Sir William Henry Bragg Great Britain
三、衍射强度
• 晶体对X－射线在某方向上的衍射强度，与衍射方向及晶胞中原子的分布有关。 前者由衍射指标hkl决定，后者由晶胞中原子的坐标参数（x,y,z）决定。定量
地表达这两因素和衍射强度的关系，需考虑波其越“重”，对X-射线的衍射能力越强 故电子程序能够轻松地判断出在一堆“轻”原子周围的”重“原子
F(α，β，γ)＝0 例如当α，β，γ相互垂直时，则有
cos2α＋cos2β＋cos2γ＝1
α，β，γ共计三个变量，但要求它们满
足上述的四个方程，这在一般情况下是办不
到的，因而不能得到衍射图。为了获得衍射
图必须增加一个变数。增加一个变数可采用
两种办法：一种办法是晶体不动（即α0， β0，γ0固定），只改变X射线方向；另一种 办法是采用单色X射线（λ固定），但改变
Max von Laue Germany
Frankfurt University Frankfurt-on-the Main, Germany
1879 - 1960
劳厄
1914年获物理奖 劳厄
M. (Max von Laue,1879-1960)
1879年10月10日生于德国科布伦茨附近的 普法芬多尔夫。1898年中学毕业后一边在军 队服务，一边在斯特拉斯堡大学学习。1899 年转到哥廷根大学，研究理论物理，1903年 在Plank指导下获博士学位，1909年为慕尼黑 大学理论物理所研究人员，1912年起他先后 在苏黎世大学、法兰克福大学，柏林大学任 教。1921年成为普鲁士科学院院士，1921— 1934年是德国科学资助协会物理委员会主席， 二战中，他是德国学者中抵制希特勒国家社 会主义的代表人物之一，因此失去物理所顾 问位置，1955年重被选进德国物理学会， 1960年4月24日因车祸去世。
London University London, Great Britain
1862 - 1942
布拉格
布拉格
1915年物理奖 布拉格
W.H (William Henry Bragg, 1862——1942)
1862年7月2日生于英格兰西部的坎伯 兰，曾被保送进威廉皇家学院学习，后进 入剑桥大学三一学院攻读数学，并在卡文 迪什实验室学习物理 。1885年在澳大利 亚阿德莱德大学任教，1907年，被选进伦 敦皇家学会，1909年回英国利兹大学任教， 1915年到伦敦大学任教，1935——1940年 任皇家学会会长，在英国科学界负有盛名， 并被授予巴黎、华盛顿、哥本哈根，阿姆 斯特丹等国外科学院院士称号，1942年3月 病逝于伦敦。 主要成就：可分为两个阶段，第一阶段在 澳大利亚，研究静电学、磁场能量及放射 射线，第二阶段即1912年后，与儿子一起 推导出布拉格关系式, 说明X射线波长与衍 射角之间关系，1913年建立第一台X射线摄 谱仪，并将晶体结构分析程序化。
Wilhelm Conrad Roentgen Germany
Munich University Munich, Germany
1845 - 1923
伦琴
1845年3月27日生于德国莱茵省勒奈普市。 1869年在苏黎世大学获哲学博士学位，并留 校任教。1872年——1879年先后在斯特拉斯 堡大学，霍恩海姆农学院、吉森大学等校任 教，1888年起任维尔茨堡大学教授及物理所 所长，后任校长。1896年成为柏林和慕尼黑 科学院通讯院士，1900——1920年任慕尼黑 物理所所长，1923年2月10日逝世。
X射线与物质的相互作用
X-射线的衍射
• 当一束X射线照射到晶体上时，首先被电子所散射， 每个电子都是一个新的辐射波源，向空间辐射出 与入射波同频率的电磁波。
• 可以把晶体中每个原子都看作一个新的散射波源， 它们各自向空间辐射与入射波同频率的电磁波。 由于这些散射波之间的干涉作用，使得空间某些 方向上的波则始终保持相互叠加，于是在这个方 向上可以观测到衍射线，而另一些方向上的波则 始终是互相是抵消的，于是就没有衍射线产生
• 另一方面是衍射线束的强度，衍射线的强度则 取决于原子的品种和它们在晶胞中的位置。
The Nobel Prize in Physics 1901
"for their theories, developed independently, concerning the course of chemical reactions"
a(cosα -cosα0)=hλ b(cosβ-cosβ0)=kλ c(cosγ -cosγ0)=lλ
h，k，l，＝ 0 ，±1，±2，…… 式中λ为波长，h ,k , l 均为整数，h k l 称为衍射指标。
上式称为劳埃（laue）方程，hkl称为衍射指标。 符合上式的衍射方向应是三个圆锥面的共交线。 但三个圆锥面却不一定恰好有共交线，这是因为 上式中的三个衍射角α，β，γ之间，还存在着一个 函数关系
• X射线在晶体中的衍射现象，实质上是大量的 原子散射波互相干涉的结果。
• X射线衍射理论所要解决的中心问题: 在衍射现象与晶体结构之间建立起定性 和定量的关系
衍射花样
• 晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原 子的分布规律。概括地讲，一个衍射花样的特 征，可以认为由两个方面的内容组成：
• 一方面是衍射线在空间的分布规律（又称 衍射几何），衍射线的分布规律是晶胞的大小、 形状和位向决定的。
衍射分析技术的发展简史
• 与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单
年份 学科
得奖者
内容
1901 物理
伦琴Wilhelm Conral Rontgen
X射线的发现
1914 物理
劳埃Max von Laue
晶体的X射线衍射
1915 物理
亨利.布拉格Henry Bragg 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg.
α0，β0，γ0的一个或两个以达到产生衍射 的目的。前一种办法称为劳埃摄谱法，后一
种办法包括回转晶体法和粉末法等。
The Nobel Prize in Physics 1914
"for their theories, developed independently, concerning the course of chemical reactions"
特征X射线波长
• 特征X射线波长与 靶材料原子序数 有关，原子序数 越大，核对内层 电子引力上升，λ 下降
• 常用的靶材有Cu 靶，Mo靶和Fe靶。
同步辐射X射线源
• 同步辐射X射线源在电子同 步加速器或电子储存环中， 高能电子在强大的磁偏转力 的作用下作轨道运动时，会 运动的切线发射出一种极强 的光辐射，称为同步辐射， 其波长范围在0.1—400Ǻ左 右。其特点是强度高，单色 性好，比通常的X射线管所 发出的X射线约大105倍左 右。
晶体结构的X射线分析
1917 物理
巴克拉Charles Glover Barkla
元素的特征X射线
1924 物理
卡尔.西格班Karl Manne Georg Siegbahn X射线光谱学
1937 物理
戴维森Clinton Joseph Davisson 汤姆孙George Paget Thomson
电子衍射
1954 化学
鲍林Linus Carl Panling
化学键的本质
1962 化学
肯德鲁John Charles Kendrew 帕鲁兹Max Ferdinand Perutz
蛋白质的结构测定
1962
生理医学
Francis Maurice
H.C.Crick、JAMES h.f.Wilkins
d.Watson、
主要成就：从1876年开始研究各种气体比热，
证实气体中电磁旋光效应存在。1888年实验
1901年获
证实电介质能产生磁效应，最重要在1895年
诺贝尔物理奖 11月8日在实验中发现：当克鲁克斯管接高
伦琴
压电源，会放射出一种穿透力极强的射线，
W.C. (Wilhelm 他命名为X射线。X射线在晶体结构分析，
• 两相邻散射线发生增强干涉现象的条件为光程差是波长的整数倍：
• 实际上以a作为轴线，和a呈φa角的圆锥面的各个方 向均满足这一条件。
以直线点阵为出发点，是联系点阵单位的3个基本矢 量a,b,c以及X射线的入射和衍射的单位矢量s0和s的方程， 其数学形式为：
a ·( s - s0 ) = h λ b ·( s - s0 ) = k λ c ·( s - s0 ) = l λ
两条单色X光平行入射，入射角θ。 反射角=入射角，且反射线、入射线、晶面法线共 平面。
材料：结构决定性能……
• 物质的性质、材料的性能决定于它们的组成和微观结构。 • 如果你有一双X射线的眼睛，就能把物质的微观结构看个清清楚楚明明白白！ • X射线衍射将会有助于你探究为何成份相同的材料，其性能有时会差异极大. • X射线衍射将会有助于你找到获得预想性能的途径。
主要成就：在第一次世界大战期间，他与 维恩一起发展电子放大管，用于改进军用通 讯技术，1907年，他从光学角度支持爱因斯 坦狭义相对论，1910年写了一本专著，最重 要贡献是发现了“X射线通过晶体的衍射”。
2. Bragg方程
空间点阵的衍射条件除了用劳埃方程来表 示以外，还有一个很简便的关系式，这就是布 拉格（Bragg）方程。
The Nobel Prize in Physics 1915
"for their theories, developed independently, concerning the course of chemical reactions"
Sir William Henry Bragg Great Britain
三、衍射强度
• 晶体对X－射线在某方向上的衍射强度，与衍射方向及晶胞中原子的分布有关。 前者由衍射指标hkl决定，后者由晶胞中原子的坐标参数（x,y,z）决定。定量
地表达这两因素和衍射强度的关系，需考虑波其越“重”，对X-射线的衍射能力越强 故电子程序能够轻松地判断出在一堆“轻”原子周围的”重“原子
F(α，β，γ)＝0 例如当α，β，γ相互垂直时，则有
cos2α＋cos2β＋cos2γ＝1
α，β，γ共计三个变量，但要求它们满
足上述的四个方程，这在一般情况下是办不
到的，因而不能得到衍射图。为了获得衍射
图必须增加一个变数。增加一个变数可采用
两种办法：一种办法是晶体不动（即α0， β0，γ0固定），只改变X射线方向；另一种 办法是采用单色X射线（λ固定），但改变
Max von Laue Germany
Frankfurt University Frankfurt-on-the Main, Germany
1879 - 1960
劳厄
1914年获物理奖 劳厄
M. (Max von Laue,1879-1960)
1879年10月10日生于德国科布伦茨附近的 普法芬多尔夫。1898年中学毕业后一边在军 队服务，一边在斯特拉斯堡大学学习。1899 年转到哥廷根大学，研究理论物理，1903年 在Plank指导下获博士学位，1909年为慕尼黑 大学理论物理所研究人员，1912年起他先后 在苏黎世大学、法兰克福大学，柏林大学任 教。1921年成为普鲁士科学院院士，1921— 1934年是德国科学资助协会物理委员会主席， 二战中，他是德国学者中抵制希特勒国家社 会主义的代表人物之一，因此失去物理所顾 问位置，1955年重被选进德国物理学会， 1960年4月24日因车祸去世。
London University London, Great Britain
1862 - 1942
布拉格
布拉格
1915年物理奖 布拉格
W.H (William Henry Bragg, 1862——1942)
1862年7月2日生于英格兰西部的坎伯 兰，曾被保送进威廉皇家学院学习，后进 入剑桥大学三一学院攻读数学，并在卡文 迪什实验室学习物理 。1885年在澳大利 亚阿德莱德大学任教，1907年，被选进伦 敦皇家学会，1909年回英国利兹大学任教， 1915年到伦敦大学任教，1935——1940年 任皇家学会会长，在英国科学界负有盛名， 并被授予巴黎、华盛顿、哥本哈根，阿姆 斯特丹等国外科学院院士称号，1942年3月 病逝于伦敦。 主要成就：可分为两个阶段，第一阶段在 澳大利亚，研究静电学、磁场能量及放射 射线，第二阶段即1912年后，与儿子一起 推导出布拉格关系式, 说明X射线波长与衍 射角之间关系，1913年建立第一台X射线摄 谱仪，并将晶体结构分析程序化。
Wilhelm Conrad Roentgen Germany
Munich University Munich, Germany
1845 - 1923
伦琴
1845年3月27日生于德国莱茵省勒奈普市。 1869年在苏黎世大学获哲学博士学位，并留 校任教。1872年——1879年先后在斯特拉斯 堡大学，霍恩海姆农学院、吉森大学等校任 教，1888年起任维尔茨堡大学教授及物理所 所长，后任校长。1896年成为柏林和慕尼黑 科学院通讯院士，1900——1920年任慕尼黑 物理所所长，1923年2月10日逝世。
X射线与物质的相互作用
X-射线的衍射
• 当一束X射线照射到晶体上时，首先被电子所散射， 每个电子都是一个新的辐射波源，向空间辐射出 与入射波同频率的电磁波。
• 可以把晶体中每个原子都看作一个新的散射波源， 它们各自向空间辐射与入射波同频率的电磁波。 由于这些散射波之间的干涉作用，使得空间某些 方向上的波则始终保持相互叠加，于是在这个方 向上可以观测到衍射线，而另一些方向上的波则 始终是互相是抵消的，于是就没有衍射线产生
• 另一方面是衍射线束的强度，衍射线的强度则 取决于原子的品种和它们在晶胞中的位置。
The Nobel Prize in Physics 1901
"for their theories, developed independently, concerning the course of chemical reactions"
a(cosα -cosα0)=hλ b(cosβ-cosβ0)=kλ c(cosγ -cosγ0)=lλ
h，k，l，＝ 0 ，±1，±2，…… 式中λ为波长，h ,k , l 均为整数，h k l 称为衍射指标。
上式称为劳埃（laue）方程，hkl称为衍射指标。 符合上式的衍射方向应是三个圆锥面的共交线。 但三个圆锥面却不一定恰好有共交线，这是因为 上式中的三个衍射角α，β，γ之间，还存在着一个 函数关系
• X射线在晶体中的衍射现象，实质上是大量的 原子散射波互相干涉的结果。
• X射线衍射理论所要解决的中心问题: 在衍射现象与晶体结构之间建立起定性 和定量的关系
衍射花样
• 晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原 子的分布规律。概括地讲，一个衍射花样的特 征，可以认为由两个方面的内容组成：
• 一方面是衍射线在空间的分布规律（又称 衍射几何），衍射线的分布规律是晶胞的大小、 形状和位向决定的。
衍射分析技术的发展简史
• 与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单
年份 学科
得奖者
内容
1901 物理
伦琴Wilhelm Conral Rontgen
X射线的发现
1914 物理
劳埃Max von Laue
晶体的X射线衍射
1915 物理
亨利.布拉格Henry Bragg 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg.
α0，β0，γ0的一个或两个以达到产生衍射 的目的。前一种办法称为劳埃摄谱法，后一
种办法包括回转晶体法和粉末法等。
The Nobel Prize in Physics 1914
"for their theories, developed independently, concerning the course of chemical reactions"
特征X射线波长
• 特征X射线波长与 靶材料原子序数 有关，原子序数 越大，核对内层 电子引力上升，λ 下降
• 常用的靶材有Cu 靶，Mo靶和Fe靶。
同步辐射X射线源
• 同步辐射X射线源在电子同 步加速器或电子储存环中， 高能电子在强大的磁偏转力 的作用下作轨道运动时，会 运动的切线发射出一种极强 的光辐射，称为同步辐射， 其波长范围在0.1—400Ǻ左 右。其特点是强度高，单色 性好，比通常的X射线管所 发出的X射线约大105倍左 右。
晶体结构的X射线分析
1917 物理
巴克拉Charles Glover Barkla
元素的特征X射线
1924 物理
卡尔.西格班Karl Manne Georg Siegbahn X射线光谱学
1937 物理
戴维森Clinton Joseph Davisson 汤姆孙George Paget Thomson
电子衍射
1954 化学
鲍林Linus Carl Panling
化学键的本质
1962 化学
肯德鲁John Charles Kendrew 帕鲁兹Max Ferdinand Perutz
蛋白质的结构测定
1962
生理医学
Francis Maurice
H.C.Crick、JAMES h.f.Wilkins
d.Watson、
主要成就：从1876年开始研究各种气体比热，
证实气体中电磁旋光效应存在。1888年实验
1901年获
证实电介质能产生磁效应，最重要在1895年
诺贝尔物理奖 11月8日在实验中发现：当克鲁克斯管接高
伦琴
压电源，会放射出一种穿透力极强的射线，
W.C. (Wilhelm 他命名为X射线。X射线在晶体结构分析，
• 两相邻散射线发生增强干涉现象的条件为光程差是波长的整数倍：
• 实际上以a作为轴线，和a呈φa角的圆锥面的各个方 向均满足这一条件。
以直线点阵为出发点，是联系点阵单位的3个基本矢 量a,b,c以及X射线的入射和衍射的单位矢量s0和s的方程， 其数学形式为：
a ·( s - s0 ) = h λ b ·( s - s0 ) = k λ c ·( s - s0 ) = l λ
两条单色X光平行入射，入射角θ。 反射角=入射角，且反射线、入射线、晶面法线共 平面。