现代材料分析测试技术

现代材料分析测试技术现代材料分析测试技术 X射线衍射晶体学晶体和非晶体晶体是质点 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 是质点 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 非晶体是指组成物质的分子 或原子 离子 不呈空间有规则周期 性排列的固体 它没有一定规则的外形 如玻璃 松香 石蜡等 它的物理性质在各个方向上是相同的 叫 各向同性 它没有固定的熔点 所以有人把非晶体叫做 过冷液体 或 流动性很小的液体 是指组成物质的分子 或原子 离子 不呈空间有规则周期性排列 的固体 它没有一定规则的外形 如玻璃 松香 石蜡等 它的物理性质在各个方向上是相同的 叫 各向同性 它没有固定的熔点 所以有人把非晶体叫做 过冷液体 或 流动性很小的液体 晶体的基本性质1均一性指晶体内部在其任一部位都具有相同性质的 特性 如密度 化学性质 2异向性指晶体的性质因观测方向的不同而表现出差异的特性 如硬度 解理 3对称性指晶体中的相同部分或性质 能够在不同方向或位置上有规 律地重复出现 4自限性指晶体能自发地形成封闭的凸几何多面体外形的特点 5最小内能指的是在相同热力学条件下 晶体与同种物质的非晶态相 比较 其内能最小 因而晶体的结构也是最稳定的 6稳定性由于晶体有最小的内能 因而结晶状态是一个相对稳定的状 态 7固定的熔点1均一性指晶体内部在其任一部位都具有相同性质的特 性 如密度 化学性质 2异向性指晶体的性质因观测方向的不同而表现出差异的特性 如硬度 解理 3对称性指晶体中的相同部分或性质 能够在不同方向或位置上有规 律地重复出现 4自限性指晶体能自发地形成封闭的凸几何多面体外形的特点 5最小内能指的是在相同热力学条件下 晶体与同种物质的非晶态相 比较 其内能最小 因而晶体的结构也是最稳定的 6稳定性由于晶体有最小的内能 因而结晶状态是一个相对稳定的状 态 7固定的熔点空间点阵为了探讨千变万化的晶体结构的一些共同规律 可以把晶体结构进行几何抽象 抽象的方法是把晶体结构中各周期重复单位中的等同点抽象成一个 仅代表重心位置而不代表组成 重量和大小的几何点 这些几何点 称为结点或点阵点 为了探讨千变万化的晶体结构的一些共同规律 可以把晶体结构进 行几何抽象 抽象的方法是把晶体结构中各周期重复单位中的等同点抽象成一个 仅代表重心位置而不代表组成 重量和大小的几何点 这些几何点 称为结点或点阵点 晶胞结点在空间周期性排列的几何图形 就称为晶体结构的空间点 阵 连接结点中相邻结点而成的单位平行六面体 称为结点在空间周期 性排列的几何图形 就称为晶体结构的空间点阵 连接结点中相邻结点而成的单位平行六面体 称为晶胞 选取晶胞的条件 选取晶胞的条件 能同时反映出空间点阵的周期性和对称性 在 满足 的条件下有尽可能多的直角 在满 和 的条件下 体积 最小 晶面指数描述晶面或一族互相平行面网在空间位置的符号 描述晶 面或一族互相平行面网在空间位置的符号 hkl 称为晶面符号或密 勒符号 其中 其中hkl称为晶面指数或晶面指标 晶面指数确定方法取晶面在各晶轴上的截距系数取晶面在各晶轴上 的截距系数p q r的倒数1 p 1 q 1 r 化简成互质的整数比 化简成互质的整数比h kl 用 hkl 表示这组晶面 表示这组晶面 晶面指数确定方法111 h klp qr 晶向与晶向指数在晶体点阵中 连接两个结点的直线所确定的方 向称为晶向 晶向用晶向指数在晶体点阵中 连接两个结点的直线所确定的方向 称为晶向 晶向用晶向指数 uvw 表示 确定晶向指数的方法 表示 确定晶向指数的方法 11 在一簇互相平行的结点直线中引出过坐标原点的直线 在一簇互相平行的结点直线中引出过坐标原点的直线 22 在该直线上选距原点最近的结点 量出它的结点坐标 在该直线上选距原点最近的结点 量出它的结点坐标 33 将三个坐标用方括号括起来 即为该结点直线的晶向指数 晶向为空间向量 向量坐标为 将三个坐标用方括号括起来 即 为该结点直线的晶向指数 晶向为空间向量 向量坐标为 u v w 晶带在晶体结构中平行某一晶向的所有晶面均属于同一个在晶体结 构中平行某一晶向的所有晶面均属于同一个晶带 这些晶面叫做晶 带面 晶带面的交线相互平行 其中通过坐标原点的那条平行直线叫做 这些晶面叫做晶带面 晶带面的交线相互平行 其中通过坐标原点的那条平行直线叫做晶 带轴晶带轴 用 uvw 表示 晶带轴的指数即为该晶带的指数 同一晶带中包含有各种不同晶面族的晶面 表示 晶带轴的指数即为该晶带的指数 同一晶带中包含有各种不同晶面族的晶面 衍射的概念衍射的概念衍射是由于存在某种位相关系的两个或两个 以上的波相互叠加所引起的一种物理现象 这些波必须是相干波源衍射的概念衍射是由于存在某种位相关系的 两个或两个以上的波相互叠加所引起的一种物理现象 这些波必须是相干波源 同方向 同频率 位相差恒定同方向 同频 率 位相差恒定 X射线的衍射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 每种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 衍射花样的特征有两方面来定义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 每种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 衍射花样的特征有两方面来定义1 衍射线在空间的分布规律 衍射 方向 它由晶胞的大小 形状 和位向所决定 衍射线在空间的分布规律 衍射方向 它由晶胞的大小 形状 和位向所决定 2 衍射线的强度它取决于原子的品种和它在晶胞中的位置 衍射线的强度它取决于原子的品种和它在晶胞中的位置 布拉格方程 当波程差等于波长整数倍时 就会发生相长干涉 即当 波程差等于波长整数倍时 就会发生相长干涉 即n 2dSin n 称为反射级 可为1 2 3 晶体的X射线衍射布拉格方程布拉格方 程2dSin n 其中d是面间距 晶格常数 是入射X射线的波长 是入射线或反射线与反射面的夹角 称为掠射角是入射线或反 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 称为衍射角称为衍射角布拉格方程讨论产生衍射的条件根据 布拉格方程 产生衍射的条件根据布拉格方程 sin 不能大于1 因此对衍射而言 因此对衍射而言 n的最小值为1 所以在任 何可观测的衍射角下 产生衍射的条件为 所以在任何可观测的衍 射角下 产生衍射的条件为 2d 反射级数与干涉级数将布拉格方程中的n隐含在d中得到简化的布拉 格方程中得到简化的布拉格方程2d HKLSin n 把 hkl 晶面的n级反射看成为与 hkl 晶面平行 面间距为 晶面平行 面间距为 nh nk nl 的晶面的一级反射 面间距为的晶面的一级反射 面间距为d HKL的晶面并不一定是晶体中的原子面 而是为了简化布拉格方程所 引入的反射面 我们把这样的反射面称为干涉面 干涉面的面指数称为干涉指数 的晶面并不一定是晶体中的原子面 而是为了简化