经典课件：晶体学基础知识导论(x衍射)

y'= f'• '=f'(1.22/D) D是物镜的有效孔径；
照相机底片处每毫米所能分辨的最多刻线数为：
N=1/ y'
D/f ’ 称为物镜的相对孔径。其倒数俗称光圈
一般的胶卷颗粒大小只能分辨每毫米 200刻痕左右，这相应使用光圈为 8 ， 来拍摄所能分辨的刻痕数。
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2. X射线性质：
1. X 射线在磁场或电场中不发生偏转，是一种电磁波。
2.X射线穿透力很强，波长很短。
4 10 2 ~ 100 nm 衍射现象很小。
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天然晶体可以看作是光栅常数很小的空间三维 衍射光栅。
二、劳厄斑
1912年德国慕尼黑大学的实验物理学教授冯•劳厄用晶 体中的衍射拍摄出X射线衍射照片。由于晶体的晶格常数 约10nm，与 X 射线波长接近，衍射现象明显。
X射线的晶体衍射
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一、X射线
X 射线
1895年德国的伦琴发现X射线。
1.X射线产生机制
冷却液
金属靶
克鲁斯克管
• 一种是由于高能电子打到靶上后，电子受原子核电 场的作用而速度骤减，电子的动能转换成辐射能---轫制辐射，X光谱连续。
•其次是高能电子将原子内层的电子激发出来，当回 到基态时，辐射出 X 射线，光谱不连续。
X射线
单晶片
照相底片
在照相底片上形成对称分布的若干衍射斑点，称
为劳厄斑。
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三、布拉格公式
1913年英国的布拉格父子，提出了另一种精确研 究 X 射线的方法，并作出了精确的定量计算。由于 父子二人在X射线研究晶体结构方面作出了巨大贡献， 于1915年共获诺贝尔物理学奖。
晶体是由彼此相互平行的原子层构成。这些原子

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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
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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）
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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。

X射线的发展阶段
中期
从20世纪40年代后期至70年代后期，其 标志是用计数器作为X射线探测器取代了用底 片的照相机成为主要的实验仪器。
由于X射线衍射谱质量的提高，特别是衍 射强度准确性的提高，使物相分析在这时期 得到较快发展。
X射线的发展阶段
近 代
从20世纪70年代后期至今。以计算机应 用于X射线多晶衍射、全谱拟合法处理数据以 及同步辐射X射线衍射技术的应用为标志。
子突然减速或停止。
过程演示
冷却水 金 属 靶
X射线 电子
玻璃 钨灯丝
接变压器
铍窗口
X射线 X射线管剖面示意图
金属聚灯罩
X射线发生器的种类
X射线管——特殊的高压真空二级管 旋转阳极——已有管流100mA,管压100KV 同步辐射——具有宽波段、高准值、高偏振、
高纯净、高亮度、窄脉冲、可精确预知。 脉冲X射线发生器——用于研究生物、相变及
初期
从1916年Dedye提出方法到20世纪40年 代。实验技术是以照相底片作记录介质的各 种照相机。主要工作是用来解晶体结构，曾 成功测定了一些简单化合物的结构。
但在这一时期，实验方法是照相法，衍 射强度需要用测微光度计从照相底片上测量， 不易测准，达不到准确度要求，且也比较麻 烦，因此，物相的定量和定性分析发展缓慢。
X射线的产生
(1)产生原理； (2)产生条件； (3)过程演示；
产生原理
高速运动的电子与物体碰撞时，发生 能量转换，电子的运动受阻失去动能，其 中一小部分（1％左右）能量转变为X射线， 而绝大部分（99％左右）能量转变成热能 使物体温度升高。
产生条件
1.产生自由电子； 2.使电子作定向的高速运动; 3.在其运动的路径上设置一个障碍物使电

《晶体X射线衍射》PPT 课件
晶体X射线衍射是一种利用X射线与晶体相互作用，通过散射光的干涉现象研 究晶体结构的方法。
X射线衍射的定义
1 原理
2 概念
X射线与晶体相互作用，受晶格排列的干涉效 应产生衍射；衍射图样记录了晶体的结构信 息。
利用X射线的干涉现象研究晶体结构，揭示晶晶体X射线衍射在材料科学等领域具有重要的应用价值。
2 展望
随着技术的不断进步，晶体X射线衍射将在更多领域发挥更大的作用。
晶体X射线衍射的优势和局限性
优势 非破坏性分析 高分辨率 揭示晶体结构
局限性 需要晶体样品 仅适用于晶体材料 数据处理复杂
晶体X射线衍射在材料科学中的应用
材料分析
通过晶体X射线衍射分析材料的 晶格结构和相变行为。
性能研究
揭示晶体结构与材料力学、电学 等性能的关联。
工艺优化
利用晶体X射线衍射结果指导材 料制备的优化和控制。
X射线衍射实验装置和方法
装置
X射线发射源、样品台、检测器等。
方法
调整角度、收集衍射图样，利用衍射图样进行晶体 结构分析。
晶体X射线衍射的应用领域
材料科学
通过分析晶格结构，研究材 料的力学性能、热性能等。
药物研发
利用晶体X射线衍射，确定药 物的分子结构和药效等。
能源领域
应用于光催化、电池材料、 催化剂等的研究和开发。