X射线衍射晶体学.ppt

现代材料分析测试技术,X衍射晶体学,11721564,什么是晶体？,晶体是原子或者分子规则排列的固体；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。,2.晶体的基本性质,宏观均匀性：晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。各向异性：晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。固定熔点：晶体具有周期性结构，熔化时，各部分需要同样的温度。规则外形：理想环境中生长的晶体应为凸多边形。,对称性：晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。晶面角守恒：属于同一品种的晶体，两个对应晶面（或晶棱）的夹角恒定不变。解理性：当晶体受到敲打，剪切，撞击等外界作用时，其有沿着某一个或几个确定方位的晶面裂开的性质。,3.晶体的基本描述,空间点阵与基元基元是组成晶体的最小单元，可以是单个原子，也可以是包括若干原子的原子基团。把基元抽象成几何点，这种点称为阵点。阵点排列的总体称为空间点阵或者布拉菲点阵。则晶体结构可由基元和点阵决定，即：晶体结构=基元+空间点阵（布拉菲点阵）,晶格和晶胞晶体中原子的规则排列一般称为晶体格子，或简称为晶格。原胞是一个晶格的最小周期性单元，但其只能反映晶体的周期性，而能同时反映晶体的周期性和对称性体积的重复单元称为晶胞，其体积一般为原胞的数倍。晶向和晶面晶向与晶向指数,布拉菲格子的格点可以看成分列在一系列相互平行的直线系上，这些直线系称为晶列，每一个晶列定义了一个方向，称为晶向。晶向用晶向指数hlk表示。确定晶向指数的方法：（1）在一簇互相平行的结点直线中引出过坐标原点的直线；（2）求出沿晶向方向上任一格点的位置矢量ha+lb+kc；（3）将系数（h,l,k）化为互质整数（h,l,k）。则该晶列的方向就可以表示为hlk。,晶面和晶面指数布拉菲格子还可以看成分步在平行等间距的平面系上，这样的平面称为晶面。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p、q、r的倒数1/p、1/q、1/r，化简成互质的整数比h：k：l，用（hkl）表示这组晶面。,晶面指数确定方法图示,x,y,z,p,q,r,(hkl),O,A,B,C,4.晶面和面网,描述面网符号晶体构造内的一组平行的等间距面网可用表示。面网符号的确定方法：先确定与面网平行的晶面的晶面符号（hkl），如果晶面间距d被面网分成n等分，则该组面网的面网符号为(nhnknl)。晶面符号与面网符号的区别：表示的含义不同晶面符号表示晶面及一族相互平行的面网，具有双重意义，而面网符号仅表示一组平行的等面间距的面网。,晶面可以理解为一组等间距的面间距最大的面网，在晶面上结点密度最大，因而最终在晶体外形中以晶面形式表现出来。晶面符号不含公约数，面网符号含公约数。晶面符号能表示某晶面及一簇相互平行的面网；面网符号仅表示具有相同面间距的一组平行面网。晶面符号与面网符号的联系：晶面符号表示晶面时，表示一组面间距最大的面网，是特殊的面网符号；晶面符号表示一族平行的面网时，包含了所有不同面间距的面网。,5.布拉格方程,晶体的衍射：在一定条件下，射入晶体的波（电磁波或电子、中子等微观粒子）与晶体中原子的相互作用产生散射，各散射波互相干涉，在某些方向上引起加强或减弱的效应。衍射的两个基本特征：衍射强度和衍射方向（布拉格方程描述）。,晶体对X射线的衍射,先考虑同一晶面上的原子的散射线叠加条件。如上图所示，一束平行的单色的x射线，以角照射到原子面AA上。如果入射线在LL1处为同周相，则面上的原子M1和M的散射线中，处于反射线位置的MN和M1N1在到达NN1时为同光程。这说明同一晶面上的原子的散射线，在原子面的反射线方向上是可以互相加强的。,X射线不仅可照射到晶体表面，而且可以照射到晶体内一系列平行的原子面。入射线LM照射到AA晶面后，反射线为MN；另一条平行的入射线L1M2照射到相邻的晶面BB后，反射线为M2N2。这两束x射线到达NN2处的光程差为其中d为晶体面间距。如果相邻两个晶面的反射线的周相差为2的整数倍(或光程差为波长的整数倍)，则所有平行晶面的反射线可一致加强，从而在该方向上获得衍射。即也即著名的布拉格方程。,6.布拉格方程的讨论,（1）布拉格方程描述了“选择反射”的规律。产生“选择反射”的方向是各原子面反射线干涉一致加强的方向，即满足布拉格方程的方向。（2）布拉格方程表达了反射线空间方位（）与反射晶面面间距（d）及入射线方位（）和波长（）的相互关系。（3）入射线照射各原子面产生的反射线实质是各原子面产生的反射方向上的相干散射线，而被接收记录的样品反射线实质是各原子面反射方向上散射线干涉一致加强的结果，即衍射线。,（4）布拉格方程由各原子面散射线干涉条件导出，即视原子面为散射基元。原子面散射是该原子面上各原子散射相互干涉（叠加）的结果。（5