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结构分析唐老师部分作业汇总
第一次作业
1、请写出晶体的定义。试说明什么是单晶体?什么是多晶体？
定义：质点（原子、离子或分子)在空间按一定规律周期性重复排列构成的固体物质。基本为一个空间点阵所贯穿的整块固体称单晶体，简称单晶；由许多小单晶按不同取向聚集形成的固体称多晶。
2、晶格与点阵是何关系?晶体结构与点阵、结构基元是何关系？原子参数与阵点坐标是何关系？
晶体是由原子、离子或分子在空间按一定规律周期性重复地排列所构成的固体物质，将其中周期性排列的重复单元抽象成在空间以同样周期性排列的相同几何点,这些点所构成的阵列称为点阵（lattice)，或空间点阵、空间格子。沿三个不同的方向，通过点阵中的点阵点可以作许多平行的直线族和平行的晶面族，使点阵形成三维网格。这些将点阵点全部包括在其中的网格称为晶格.带有原子、离子、分子或其集团的点阵就是晶格。
晶体结构 = 点阵 + 结构基元
对于点阵点坐标和原子参数，它们对于3个坐标轴的方向是相同的，但是点阵点坐标的度量单位是点阵周期，而原子参数的度量单位是晶胞参数.
3、晶体的晶胞类型共分为哪几种？空间格子（点阵)可分为几类？每一类晶系各有多少种空间点阵格子形式?请分别写出.
晶胞是描述晶体微观结构的基本单元,有素晶胞和复晶胞之分。
如果点阵点都处于平行六面体的顶点,每个平行六面体只有一个点阵点，此空间格子称为素格子,以P表示；如果体心还有点阵点，则此空间格子称为体心格子，以I表示；如果所有平面格子中心有点阵点，则称为面心格子，以F表示;如果仅一对相对的平面格子中心有点阵点，则此空间格子称为底心格子,视相对面位置分别以A, B或C表示。
晶体分为7个晶系(立方、六方、四方、三方、正交、单斜和三斜），依据特征对称元素和正当点阵单位的划分规则,晶体的点阵分为14种空间点阵型式：2
简立方(cP)、体心立方（cI）、面心立方(cF)、简六方（hP)、简四方（tP)、体心四方(tI）、R心六方(hR)、简正交(oP)、C心正交(oC)、体心正交（oI)、面心正交（oF）、简单斜(mP)、C心单斜（mC）和简三斜(aP)）。
材料分析测试方法
XRD
1、x-ray的物理基础
X射线的产生条件：
⑴ 以某种方式产生一定量自由电子
⑵ 在高真空中，在高压电场作用下迫使这些电子做定向运动
⑶ 在电子运动方向上设置障碍物以急剧改变电子运动速度
→x射线管产生。
X射线谱——X射线强度随波长变化的曲线：
（1）连续X射线谱：由波长连续变化的X射线构成，也称白色X 射线或多色X射线。每条曲线都有一强度极大值（对应波长λm）和一个波长极限值（短波限λ0）。
特点：最大能量光子即具有最短波长——短波限λ0。最大能量光子即具有最短波长——短波限λ0。
影响连续谱因素：管电压U、管电流 I 和靶材Z。I、Z不变，增大U→强度提高，λm、λ0移向短波。U、Z不变，增大I；U、I不变，增大Z→强度一致提高，λm、λ0不变。
（2）特征X射线谱：由一定波长的若干X射线叠加在连续谱上构成，也称单色X射线和标识X射线。
特点：当管电压超过某临界值时才能激发出特征谱。特征X射线波长或频率仅与靶原子结构有关，莫塞莱定律
特定物质的两个特定能级之间的能量差一定，辐射出的特征X射线的波长是特定。
特征x射线产生机理：当管电压达到或超过某一临界值时，阴极发出的电子在电场加速下将靶材物质原子的内层电子击出原子外，原子处于高能激发态，有自发回到低能态的倾向，外层电子向内层空位跃迁，多余能量以X射线的形式释放出来—特征X射线。
X射线与物质相互作用：散射，吸收（主要）
（1）相干散射：当X射线通过物质时，物质原子的内层电子在电磁场作用下将产生受迫振动，并向四周辐射同频率的电磁波。由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称相干散射→ X射线衍射学基础 ZK1（2）非相干散射：X射线光子与束缚力不大的外层电子或自由电子碰撞时电子获得一部分动能成为反冲电子，X射线光子离开原来方向，能量减小，波长增加，也称为康普顿散射。
材料分析方法
X 射线的本质是一种横电磁波,具有波粒二象性，伦琴首先发现了 X 射线，劳厄揭示了 X
射线的本质。X射线的波长范围在0.001—10nm,用于衍射分析的X射线波长范围0.05—0。25nm。
X 射线的产生
通常获得X射线的方法是利用一种类似热阴极二极管的装置，用一定材料制作的板状阳极板和阴极密封在一个玻璃—金属管内，阴极通电加热，在阳极和阴极间加一直流高压U,则阴极产生的大量热电子e将在高压场作用下飞向阳极，在它们与阳极碰撞的瞬间产生X射线。
连续X射线谱：由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不可能相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长,形成连续X射线谱。
特征X射线谱：当加于X射线管两端的电压增高到与阳极靶材相应的某一特定值时，在连续谱的某些特定的波长位置，会出现一系列强度很高，波长范围很窄的线状光谱,这就是特征X射线谱.
光电效应：入射光子被原子吸收后,获得能量的电子从内层溢出,成为自由电子，这种原子被入射辐射点离的现象即光电效应.
俄歇效应：一个k层空位被两个L层空位代替的过程的现象就是俄歇效应。
靶材和滤波片的选择原则
分别从吸收限波长和原子序数两个方面表达滤波片和靶材的选择规程（表达式）
滤波片的选择：
λKβ（光源)〈 λK(滤波片) 〈λKα(光源)α Z靶〈= 40时，Z滤 = Z靶 – 1
Z靶> 40时，Z滤 = Z靶 – 2
阳极靶材的选择：
λKα(光源） 〉 λK(样品)
Z靶 〈= Z样品
Z靶 <= Z样品 + 1
相干散射：X射线穿过物质发生散射时，散射波长与原波长相同，有可能相互干涉，这是。。
非相干散射：X射线穿过物质发生散射时,能量发生损失，波长发生变化,散射波长与原波长不相同，这就是非相干散射。
等效干涉面:晶面（hkl）的n级反射面（nh nk nl），用符号（HKL）表示，成为反射面或干涉面。
空间点阵：
倒易点阵：
单晶、多晶、非晶的X射线仪衍射花样及形成原理
1、X射线产生必须具备的三个基本条件：(Ⅰ) 产生自由电子(Ⅱ) 使电子作定向高速运动(Ⅲ) 有障碍物使其突然减速。
2、X射线的性质，① 是电磁波，具有波粒二象性。 ε=h·ν=h(c/λ) ， P=h/λ；能被物质吸收，会产生干涉、衍射和光电效应等现象；与可见光比较，差别主要在波长和频率。 ② 具有很强的穿透能力，通过物质时可被吸收使其强度减弱，能杀伤生物细胞。③ 沿直线传播，光学透镜、电场、磁场不能使其发生偏转.
3、相干散射：当X 射线与原子中束缚较紧的内层电子相撞时，电子振动时向四周发射电磁波的散射过程。
4、非相干散射：当X 射线光子与束缚不大的外层电子或价电子或金属晶体中的自由电子相撞时的散射过程。
5、光电子：光电效应中由光子激发所产生的电子（或入射光量子与物质原子中电子相互
碰撞时被激发的电子）。
6、荧光X 射线：由X 射线激发所产生的特征X 射线。
7、俄歇电子：原子外层电子跃迁填补内层空位后释放能量并产生新的空位，这些能量被包括空位层在内的临近原子或较外层电子吸收，受激发逸出原子的电子叫做俄歇电子。
8、荧光辐射；一个具有足够能量的χ射线光子从原子内部打出一个K电子，当外层电子来填充K空位时，将向外辐射K系χ射线，这种由χ射线光子激发原子所发生的辐射过程，
9、吸收限；指χ射线通过物质时光子的能量大于或等于使物质原子激发的能量，如入射光子的能量必须等于或大于将K电子从无穷远移至K层时所作的功W，称此时的光子波长λ称为K系的吸收限。
10倒易点阵:是晶体点阵按照一定的对应关系建立的空间点阵，此对应关系可称为倒易变换。
11、背二次离子：固体表面原子以离子态发射叫做二次离子。
12、散射电子:入射电子与固体作用后又离开固体的电子
13、连续X射线谱:
定义：具有连续变化波长的X射线
连续X射线谱的特征: 1；有短波极限λ0，2；随着管电压的增加，短波极限λ0向短波方向移动，3；随着管电压的增加，x的射线强度增加，4；x射线管发射连续x射线的频率比较低。
