第一章第九节.ppt

一X射线的发现 1 9晶体X射线衍射 由于未知这种射线的实质 或本性 将它称为X射线 劳厄的X射线衍射实验原理图 晶体中有规则排列的原子 可看作一个立体的光栅 原子的线度和间距大约为10 10m数量级 根据前述可见光的光栅衍射基本原理推断 只要入射X射线的波长与此数量级相当或更小些 就可能获得衍射现象 二散射波干涉 点阵的散射波 散射波干涉 晶体点阵的散射波可以相互干涉 任一平面上的点阵 任一平面上的点阵散射波的干涉 面间散射波干涉 面间点阵散射波的干涉 面间点阵散射波的干涉 三布拉格定律 公式应用 根据晶体中原子有规则的排列 沿不同的方向 可划分出不同间距d的晶面 对任何一种方向的晶面 只要满足布拉格公式 则在该晶面的反射方向上 将会发生散射光的相长干涉 四劳厄方程 1思想 劳厄把晶体对X射线的衍射归结为晶体内每个原子对X射线的弹性散射 当所有原子的散射发生相长干涉时 便产生加强的衍射峰 2推导 入射波矢 出射波矢 位矢 弹性散射 波程差 散射波相长干涉条件 也可写为 意义 如果X射线波矢改变等于倒格矢 就会发生相长干涉 出现加强的衍射峰 劳厄方程 3入射波矢与X射线衍射加强的关系 两边平方 第一布里渊区 说明 只要入射波矢边界落到布里渊区边界即发生X ray衍射加强 五布拉格定律与劳厄方程的一致性 推导 已知劳厄方程 弹性散射 所以 从右图的几何关系可知 这就是布拉格反射定律 证毕 六X射线衍射 设P点的入射波为 Ap使P点附近的电子 r t d 强迫振动 向外辐射球面波 在观察点B处散射波为 C为与材料吸收有关的系数 当场点足够远时 R r R r R 把Ap代入 并对整个晶体积分 得到B点总的散射波 若电荷分布与时间无关 r t r 散射波中 0 弹性散射 0 非弹性散射设称为散射矢量 1 则散射强度 七决定散射的诸因素 散射可分为三个层次来理解 1 原子的散射 2 原胞内不同原子间散射波的干涉 几何和 3 原胞间散射波的干涉 几何和 1 式中 2 3 一 原子散射因子 原子内所有电子散射波振幅的几何和 物理意义 原子散射因子 散射中心处一个电子散射振幅 二 几何结构因子 一个原胞内所有原子散射可表述为 物理意义 几何结构因子 元胞内所有原子散射波振幅的几何和 元胞散射中心处一个电子散射振幅 三 总散射效果是各元胞散射的几何和 八 衍射极大的条件 必要条件 衍射强度 F是元胞散射波之间的相位因子 其中 N1 N2 N3为a1 a2 a3方向的初基原胞数 当时 因为h1 h2 h3 n1 n2 n3均为整数 晶体中包含的初基原胞数 所有元胞间的散射光均满足相位相同的加强条件 产生衍射极大 即当时 九消光条件 几何结构因子的条件称为消光条件 未知物物相鉴定 每一种晶体物质都具有特定的晶体结构类型 有着不同的x射线衍射花样 未知混合物的衍射花样是各相物质衍射花样的总和 每种相的各衍射线条的a值 相对强度不变 这是x射线定性分析 物相鉴定 的基线 X射线的应用一 催化研究 在催化研究中 总要涉及催化剂活性 稳定性 失活机理等问题 催化剂的物相组成 晶粒大小 等往往是决定其活性 选择性的重要因素 各种衍射仪可配置各种附件装置 测量出相或反应动力学的各种信息 近年应用了原位技术 确切测量在不同气氛 温度 压力条件下催化剂等各种材料的结构组成变化 研究催化剂体系的反因机理及活性物质 X射线的应用二 聚合物结晶度测定 聚合物趋向度测定 晶体粒度大小测定 x射线小角散射分析 应力测试 X射线在高聚物研究中主要有量各方面 一是高聚材料的相分析 其二是聚集态结构参数的测定 在高聚物中的研究 聚合物结晶度测定 结晶度是描述聚合物结构和性能的重要参数 通过成型条件可以控制结晶度 达到改善产品性能的目的 在许多情况下 并不一定需要绝对结晶度 而是从x射线衍射得到一个再现值 以便对同一种聚合物不同的样品的结晶度进行比较 这个相对值也称为结晶指数 在高聚物中的研究 聚合物趋向度测定合成纤维 薄膜是经过不同形式的拉伸工艺制成的 在拉伸和热处理过程中 高聚物的分子链沿拉方向排 用x射线衍射技术研究结晶聚合物的取向度是一种非常有用的方法 可分别用取向因子 取向度和极图表征高聚物的取向特征 晶体粒度大小测定通过x射线仪测量时 衍射条件将变得不尖锐而弥散加宽 根据峰的宽化程度 通过谢乐公式 可以测量这类晶体的粒度大小 在高聚物中的研究 x射线小角散射分析通过高聚物x射线小角散射 可以获得晶态 非晶态高聚物的长周期尺寸 分子链堆积和进体聚集状态信息 采用Guiniet近似式或散射函数进行分析 测定其回转半径 再根据形状等已知参数可求出粒子大小和分布 利用x射线小角散射可测定干态树脂和溶胀状态树脂的孔结 还可以对起塑合金几十纳米数量级的微孔及其生长规律进行研究 在高聚物中的研究 应力测试在x射线