材测-祖恩东部分

此部分内容为祖恩东的课程，自行整理，请勿乱传。——Y.Z.第一章X射线物理学基础1.X射线的本质与性质a).X射线是一种电磁波，具有波粒二象性；b).X射线的波长：10－2~102Å，约与晶体的晶格常数为同一数量级；硬X射线：较短波长，用于晶体结构观察；软X射线：较长波长，用于医学应用。c).λ=c/ν，E=hν，P=h/λ=kh。k：沿波的传播方向的矢量（波矢）;d).强度：单位时间内通过垂直于X射线传播方向的单位面积上的能量。当X射线作为波时，强度I与电场强度向量的振幅E02成正比；当将X射线看作光子时，强度=光子流密度*每个光子能量。2.X射线的获得与条件X射线则是由高速运动着的带电粒子与某种物质相撞后猝然减速，且与该物质的内层电子相作用而产生。产生条件（1）产生自由电子的电子源;（2）使电子作定向高速运动；（3）在电子运动的路径上设置使其突然减速的障碍物。3.X射线管的组成阴极（电子枪）、阳极（金属靶，多为铜钴镍铁铝）、窗口4.X射线谱分类连续谱：强度随波长连续变化的连续谱。特征谱：波长一定、强度很大的特征谱只有当管电压超过一定值Vk（激发电压）时才会产生，只取决于光管的阳极靶材料，不同的靶材具有其特有的特征谱线。特征谱线又称为标识谱，即可以来标识物质元素。5.连续X射线谱实验规律和短波限λ0公式实验规律：（1）X射线连续谱的强度随着X射线管的管电压增加而增大，最大强度所对应的波长max变小，最短波长界限0减小；（2）当管电压恒定，增加管电流，各种波长X射线的相对强度一致增高，但max和0数值大小不变；（3）当改变阳极靶元素时，各种波长的相对强度随靶元素的原子序数的增加而增加。此部分内容为祖恩东的课程，自行整理，请勿乱传。——Y.Z.6.原子结构壳层理论中各壳层电子能量方程和电子跃迁能量释放方程[R：利伯特常熟；h：普朗克常数；σ：屏蔽常数；]7.K系标识X射线对于从L，M，N…壳层中的电子跃入K壳层空位时所释放的X射线，分别称之为K、K、K…谱线，共同构成K系标识X射线。8.莫塞莱（Mosley）定律确定了不同阳极靶元素的原子序数与特征谱波长之间的关系。9.X射线与物质作用的能量转换x射线与物质之间的物理作用，从能量转换的观点，可归结为三种能量转换过程：E1散射能量；E2吸收能量（包括真吸收变热部分和光电效应、俄歇效应等）；E3透过物质继续沿原入射方向传播的能量（包括波长改变和不改变二部分）。E=E1+E2+E310.光电效应、二次特征X射线（荧光X射线）以及激发限/吸收限(k光电效应：光子激发原子所发生的激发和辐射过程。被击出的电子称为光电子。二次特征/荧光X射线：由X射线激发所产生的特征X射线为。k叫k系激发限/吸收限，，不能电子效应11.衰减规律、穿透系数、线&质量吸收系数衰减规律：I/I0=exp(-L•x)穿透系数：I/I0，数值愈小,x射线被衰减的程度愈大线吸收系数：L，当X射线透过单位长度（1cm）物质时强度衰减的程度,L值愈大，则强度衰减愈快。质量吸收系数：m，单位质量物质（单位截面的1g物质）对X射线的衰减程度，其值与温度、压力等物质状态参数无关，但与X射线波长及被照射物质的原子序数有关。m=l/质量吸收系数具有加和性：12.吸收限的应用和滤片材料、靶材的选择K系特征谱线中有Kα、Kβ两条谱线，同衍射产生出两套衍射花样，干扰分布。由此可用吸收系数为μm，吸收限为λK（KαλKKβ）的物质作滤波片，对Kβ部分大量吸收，Kα而几乎不吸收。滤波材料：当Z靶40时，Z片＝Z靶－1；当Z靶40时，Z片＝Z靶－2。靶材：Z靶Z试样＋1第二章倒易点阵1.倒易点阵的性质（1）倒易点阵矢量和相应正点阵同指数晶面相互垂直，并且它们的长度等于该平面族的面间距的倒数；（2）倒易点阵矢量与正点阵矢量的标积必为整数；2.晶带、晶带轴的定义与关系此部分内容为祖恩东的课程，自行整理，请勿乱传。——Y.Z.。；而其他情况下，相差，于是各个电子的散射波无位，这时时，每个的函数，当也是一般说来，振幅一个电子的相干散射波振幅一个原子的相干散射波原子散射因子为：射线能力的大小，定义为了表征原子散射ZfZffEEfXZEEjeaea00sin晶体中平行于同一晶向的所有晶面的总体称为晶带[uvw]，而此晶向称为此晶带的晶带轴(hkl)，并以相同的晶向指数来表示，两者比符合以下关系：hu+kv+lw=0。第三章X射线运动学衍射理论1.衍射现象、布拉格方程、衍射条件以及应用衍射现象：在偏离原入射线方向上，只有在特定的方向上出现散射线加强而存在衍射斑点，其余方向则无衍射斑点。布拉格方程：2dsinθ=nλ（θ称为布拉格角或掠射角，又称半衍射角，实验中所测得的2θ角则称为衍射角。）衍射条件：应用：1）已知波长λ的X射线，测定θ角，计算晶体的晶面间距d，组成、结构分析；2）已知晶体的晶面间距，测定θ角，计算X射线的波长，X射线光谱学，元素成分分析。2.瓦尔德（Ewald）图解以入射X射线波长得倒数1/为半径作球，称为反射球。取入射线方向AB与反射球的交点B为倒易点阵原点。如果与点阵面（hkl）相应的倒易点G（具有倒易矢量K）落在反射球上，则点阵面（hkl）满足布拉格公式，衍射线在OG方向。3.系统消光、结构因子系统消光：因原子在晶体中位置不同或原子种类不同而引起的某些方向上的衍射线消失的现象。结构因子：定量表征原子排布以及原子种类对衍射强度影响规律的参数。4.电子对X射线的散射：被散射强度I与入射束强度I0和散射角度λ的关系（汤姆孙公式）[2—电场中任一点P与入射线夹角，R—电场中任一点p到发生散射的电子的距离]5.原子/晶胞对X射线的散射：原子散射因子f、结构因子F原子散射因子f：表征原子散射X射线能力的大小。结构因子F：单位晶胞中所有原子散射波叠加的波，表征原子种类、个数、位置对衍射强度的影响。njijebjefAAF1射波振幅一个电子散射的相干散射的相干散射波振幅一个晶胞内全部原子散6.结构因子的计算(1)简单晶胞：晶胞内只存在一种原子a坐标(000)，fa为其原子散射因子。22)000(2aalkhiafFfefF结论：所有晶面都能发生衍射，与hkl无关。(2)底心晶胞：两种原子坐标(000)、(1/21/20)此部分内容为祖恩东的课程，自行整理，请勿乱传。——Y.Z.MceAFPVVmceRII2222223032MeAFPI22相0042)1(222)2121(2FFkhfFfFkhefFkhi异性数时，、同性数时，、结论：任意两指数之和为奇数，发生系统消光。(3)体心晶胞：两种原子坐标(000)、(1/21/21/2)0042)1(222)212121(2FFlkhfFfFlkhefFlkhi奇数时，偶数时，结论：晶面指数之和为奇数，发生系统消光。(4)面心晶胞：四种原子坐标(000)、(1/21/20)、(1/201/2)、(01/21/2)00or164or)1(222)2121(2)2121(2)2121(2FFlkhfFfFlkheeefFlkilhikhi两奇一偶时，一奇两偶、、偶时，全奇、、结论：晶面指数奇偶混杂时，发生系统消光。偶正一，奇负一注：1)1(231222ineieieineieie7.多重因子、角因子、吸收因子、温度因子→衍射线积分强度多重性因子（P）：等同晶面个数对衍射强度的影响因子。P↑，I↑角因子（ψ(θ)）：极化因子+洛伦兹因子。ψ(θ)↑，I↓吸收因子（A(θ)）：圆柱试样A(θ)∝1/μlr板状试样A(θ)∝S/2μV温度因子（M）：假设中粒子固定在点阵上，但实际上受温度影响热振动。M↑，I↓衍射线积分强度：常见晶体结构消光条件点阵类型点阵符号消光条件简单点阵P无底心立方A、B、CK+l=2n+1、h+l=2n+1、h+k=2n+1体心立方Ih+k+l=2n+1面心立方Fh、k、l奇偶混合cossin2cos1cossin412sincos2sin1cos2sin12sin12sin2,2sin22222子合在一起，得：把洛伦兹因子与极化因格角的下脚标后，得洛伦兹因子，删除布拉一起，通称为格角有关，将其归并在上述三种影响均与布拉第三几何因子强度应为因此，单位弧长的积分衍射线的长度为度差别：带来的单位弧长上的强应考虑圆弧所处位置所环单位IRIIRBB衍射角增加衍射峰高降低半高峰宽变宽A(θ)↑，I↑此部分内容为祖恩东的课程，自行整理，请勿乱传。——Y.Z.第四章X射线衍射方法1.基本衍射试验方法粉末法（最为常用）、劳厄法、转晶法2.粉末相机法以及德拜相机中底片安装方法与特点粉末照相法是将一束近平行的单色X射线投射到多晶样品上，用照相底片记录衍射线束强度和方向的一种实验法。底片安装方法：正装法、反装法、不对称法正装法：中部有一孔，放于后光阑位置，衍射线呈对称弧段分布。低角中间、高角两边。反装法：………………………前光阑位置，…………………………。低角两边、高角中间。不对称法：有两个孔，一个前一个后，衍射线呈不对称分布。低角右边，高角左边。3.X射线衍射仪及其组成X射线衍射仪是采用衍射光子探测器和测角仪来记录衍射线位置及强度的分析仪器。主要由X射线发生系统、测角及探测控制系统、记数据处理系统组成。核心部件是测角仪。4.衍射仪测量方法（1）连续扫描：试样和探测器以1:2的角速度作均匀的圆周运动。效率高，分辨率适中。（2）步进扫描：(阶梯扫描)试样每转动一定的角度Δθ即停止，在这时间(~5s)，探测器等后续设备开始工作，测定期间内衍射线总数。适用于测积分强度。5.衍射仪试验参数的选择（1）狭缝光阑的选择a).发散狭缝光阑：限制入射线在与测角仪平面平行方向上的发散角，决定入射线在试样上的照射面积和强度。[定性：1°；研究低角度时：1/6°,1/2°]b).接受狭缝光阑：对衍射峰高度、峰-背比以及峰的积分宽度都有明显的影响。分辨率→减小；衍射强度→增大。[定性：0.3mm；有机化合物等复杂谱线时：0.15mm]c).防散射狭缝：对衍射线本身没有影响，只影响峰背比，一般选用与发散光阑相同的角宽度。[角度与发散光阑]（2）时间常数的选择连续扫描测量时，时间常数的选择对实验结果的影响较大。RC↑（3）扫描速度的选择为提高测量精度，选择尽可能小的扫描速度。综合分析：1）提高分辨本领必须，选用低速扫面和较小的接受狭缝光阑。2）强度测量时同时有高精确度，选用低速扫面和中等接受狭缝光阑。6.衍射线峰位的确定方法图形法、曲线近似法和重心法。其中图形法又有峰顶法、切线法、半高宽中点法、7/8高度法、中点连线法。峰强I↓峰宽B↑峰型对称性下降且漂移此部分内容为祖恩东的课程，自行整理，请勿乱传。——Y.Z.第五章衍射谱的标定1.立方晶系衍射谱的标定（1）晶胞参数未知第一步sin2θ作比值，nnNNN::sin:sin:sin2122212第二步sin2θ比值化整，可乘以一个公因数。第三步根据化整比值和消光系统确定晶系。简单立方1:2:3:4:5:6:8:9（无7,15）体心立方2:4:6:8:10:12:14（h+k+l=偶）面心立方3:4:8:11:12:16:19（h、k、l全奇全偶）第四步确定对应衍射面，求解a=λ√N/2sinθ（2）晶胞参数已知第一步计算N=4a2sin2θ/λ2第二步将晶面指数N化整第三步写出对应衍射晶面指数2.四、六方晶系衍射谱的标定（基本不考）第一步先标定L=0，作比值化整确定晶系四方晶系1:2:4:5:8……（关键是2、4、5）→有两种点阵晶胞：简单、体心×2六方晶系1:3:4:7: