X衍射晶体学总结Word格式文档下载.docx
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三个C2或M
四方
一个C4
六方
一个C6
三方
一个C3
立方
四个C3
2.晶体结构与点阵的关系
晶体结构与空间点阵:
◆若将组成晶体的原子等结构基元置于点阵的各个阵点上,则将还原为晶体结构,即:
晶体结构=空间点阵+结构基元.
3.质量系数与线性吸收系数的含义差别
线吸收系数μ(cm-1)的含义:
μ表示X射线通过单位长度物质时强度的衰减.
又∵强度为(垂直于传播方向上)单位面积的能量,
∴亦为X射线通过单位体积物质时能量的衰减.
质量吸收系数μm(cm2.g-1)的含义:
μm为X射线通过单位质量物质时能量的衰减,亦称单位质量物质对X射线的吸收.
4.X射线与物质的相互作用
X射线与物质的作用可分为散射、吸收、透射。
具体见第19题。
5.晶体结构和点阵的关系
6.衍射方向与什么有关
原子面对X射线的反射,只有当入射角θ、波长λ、面间距d之间满足布拉格方程2dsinθ=nλ时才能发生,因此把X射线这种反射称为选择反射,“选择反射”即反射定律+布拉格方程是衍射产生的必要条件.即当满足此条件时有可能产生衍射;
若不满足此条件,则不可能产生衍射。
7.强度与什么有关
衍射线相对强度:
I相对=F2P(1+cos22θ/sin2θcosθ)Ae-2M
式中:
F——结构因子;
P——多重性因子;
分式为角因子,其中θ为衍射布拉格角;
A——吸收因子;
e-2M——温度因子。
8.米勒指数/干涉指数的求法
米勒指数用来表示晶向和晶面的空间取向,分为晶向指数和晶面指数,
晶向指数求法:
(1)建立坐标系:
以任一阵点为坐标原点,以晶轴为坐标轴,并以点阵基矢a、b、c为相应坐标轴单位矢量;
(2)通过坐标原点引一直线,使其平行于待标识的晶向;
(3)求出该直线上任意一点的坐标;
(4)将3个坐标值按比例化为最小整数(即互质的整数),并加方括号
晶面指数求法:
(2)在待标识的晶面组中,选择最靠近坐标原点的晶面,求出其在3个坐标轴上的截距;
(3)取3个截距值的倒数;
(4)将倒数按比例化为最小整数(即互质的整数),并加圆括号:
型如(hkl).若某截距为负值,则在相应指数上加“-”号。
2.干涉指数:
干涉指数:
对晶面的空间方位和晶面间距的标识;
晶面指数:
仅仅标识了晶面的空间方位。
(4)将倒数按比例化为整数,不必互质,并加圆括号
◆求晶面指数时,要将截距的倒数化为互质的整数;
◆求干涉指数时,要将截距的倒数化为整数,但不必互质。
◆若将(hkl)晶面间距记为dhkl,则晶面间距为dhkl/n的晶面干涉指数为(nhnknl),记为(HKL).
9.影响连续谱强度的的因素
连续谱的总强度I决定于管电压V、电流i、靶材原子序数Z三因素,即
式中α为常数
10.物相定量分析中K值法与内标法的差别
K值法与内标(曲线)法的主要区别:
在于对比例常数K的处理上不同。
内标(曲线)法的比例常数与内标物质含量有关,
而K值法的比例常数K与内标物质含量无关,
11.几种格子的消光规律
四种基本点阵的消光规律如下:
在简单点阵情况下,FHKL不受HKL的影响,即HKL为任意整数时,都能产生衍射;
在体心点阵中,只有当H+K+L的和为偶数时才能产生衍射
在底心C点阵中,FHKL不受L的影响,只有当H、K全为奇数或全为偶数时才能产生衍射;
在面心点阵中,只有当H、K、L全为奇数或全为偶数时才能产生衍射。
注意:
金刚石结构属于面心立方点阵,凡是H、K、L奇偶数混杂的反射面都不能产生衍射。
由于金刚石型结构有附加原子存在,即使H、K、L全为偶数,但当H+K+L=4n+2时,也消光(结构消光)。
12.元素散射因子的物理意义
散射因子f的物理意义:
13.X射线衍射仪的计数测量方法
直接对比法,内标法,K值法
14.短波限的影响因素
只与管电压有关,
15.元素产生X射线的强度
16.X射线连续谱、特征谱怎么产生的?
有什么应用
连续谱产生的机理:
当高速运动的电子击靶后,电子被减速。
电子所减少的能量(DE)转为所发射X射线光子能量(hn),即hn=DE。
由于击靶的电子数目极多,击靶时穿透的深浅不同、损失的动能不等,因此,由电子动能转换为X射线光子的能量有多有少,从而形成一系列不同频率、不同波长的X射线,构成了连续谱。
特征谱的产生:
(1)管电压增加到某一临界值(激发电压)
(2)使撞击靶材的电子能量(eV)足够大,
(3)可使靶原子内层产生空位,
(4)较外层电子向内层跃迁,
(5)产生波长确定的X射线(特征X射线)
X射线衍射可以用来做物相分析(包括定性分析和定量分析)、晶体结构分析、晶体定向、非晶体结构分析、晶体粒度测定、宏观应力分析等。
特征谱的应用:
X射线特征谱通过晶体时发生衍射,因而可用来研究晶体的内部组织和结构。
17.Ka、Kb的波长,怎么判断?
hμL→K=EL–EK
由近邻L层电子填充K层的空位后所产生的特征X射线,称Kα辐射;
由次近邻M层电子填充K层的空位后所产生的特征X射线,称Kβ辐射。
特征X射线光子能量=跃迁前后能级差
则Kβ能量大于Kα,由于光子的能量与波长成反比,所以Kα波长大于Kβ。
18.简单格子、体心格子、面心格子的消光规律怎么推导?
结构因子FHKL的计算可按下式计算:
FHKL=Σfjexp[2πi(Hxj+Kyj+Lzj)]
(1)计算简单点阵晶胞的FHKL与|FHKL|2值
简单点阵,每个阵胞只包含一个原子,其坐标为(0,0,0),原子散射因子为f,
代入结构因子表达式:
FHKL=Σfjexp[2πi(Hxj+Kyj+Lzj)]
得FHKL=fexp2πi(0+0+0)=f
则|FHKL|2=f2
结论:
在简单点阵情况下,FHKL不受HKL的影响,即HKL为任意整数时,都能产生衍射。
(2)计算体心点阵晶胞的FHKL与|FHKL|2值
每个晶胞中有2个同类原子,其坐标为(0,0,0),(1/2,1/2,1/2)。
这两个原子散射因子均为f,代入结构因子表达式:
FHKL=fjexp[2πi(Hxj+Kyj+Lzj)]
得FHKL=fexp2πi(0+0+0)+fexp2πi(H/2+K/2+L/2)
=f[exp2πi0+expπi(H+K+L)]
=f[1+(-1)(H+K+L)]
由FHKL=f[1+(-1)(H+K+L)]
可见:
①当H+K+L=奇数时,FHKL=0,
∴|FHKL|2=0。
②当H+K+L=偶数时,FHKL=2f
∴|FHKL|2=4f2。
在体心点阵中,只有当H+K+L为偶数时才能产生衍射
(3)计算面心F面心点阵晶胞的FHKL与|FHKL|2值
晶胞中有4个同类原子,坐标为(0,0,0),(1/2,1/2,0),(1/2,0,1/2),(0,1/2,1/2)。
散射因子均为f,代入结构因子表达式中:
得FHKL=fe2πi(0+0+0)+fe2πi(H/2+K/2+0)
+fe2πi(H/2+0+L/2)+fe2πi(0+K/2+L/2)
FHKL=fe2πi(0)+feπi(H+K)+feπi(H+L)+feπi(K+L)
=f[1+(-1)(H+K)+(-1)(H+L)+(-1)(K+L)]
①当H、K、L全为奇数或偶数时,则(H+K)、(H+L)、(K+L)均为偶数,这时:
FHKL=4f,∴|FHKL|2=16f2;
②当H、K、L中有2个奇数一个偶数或2个偶数1个奇数时,则(H+K)、(H+L)、(K+L)中总有两项为奇数一项为偶数,此时:
FHKL=0,∴|FHKL|2=0.
结论:
在面心点阵中,只有当H、K、L全为奇数或全为偶数时才能产生衍射。
19.X射线与物质的相互作用?
1、散射
X射线被物质散射时可产生两种现象,即相干散射和非相干散射。
(1)相干散射
入射光子与电子刚性碰撞,其辐射出电磁波的波长和频率与入射波完全相同,新的散射波之间将可以发生相互干涉-----相干散射。
(2)非相干散射
当入射X射线光子与原子中束缚较弱的电子(如外层电子)发生非弹性碰撞时,电子可能被X光子撞离原子成为反冲电子。
并带走一部分能量,使得光子能量减少,从而使随后的散射波波长发生改变,称为非相干散射。
2.吸收
除了被散射和透射掉一部分外,X射线能量将被物质吸收,转变为热能,光电效应、荧光效应、俄歇效应等
(1)光电效应
当入射X射线光子能量=某一阈值,可击出原子内层电子,使其成为自由光电子.
(2)荧光效应(又称二次特征辐射)
定义:
当高能X射线光子击出被照射物质原子的内层电子后,较外层电子填充空位而产生了次生特征X射线(称二次特征辐射)。
产生机理:
与一次特征X射线相同。
不同之处:
产生一次特征X射线时,入射线是高速运动的电子;
荧光辐射的入射线是高能X射线光子。
(3)俄歇效应
如果原子K层电子被击出,L层电子向K层跃迁,其能量差不是以产生K系X射线光量子的形式释放,而是被邻近电子所吸收,使这个电子受激发而逸出原子成为自由电子-----俄歇电子(Augerelectrons)。
这种现象叫做俄歇效应。
3.透射
入射X射线通过物质,沿透射方向强度显著下降的现象
原因:
由于X射线与物质发生相互作用,其能量转换或损失.
朗伯定律:
X射线通过物质时,其强度按指数规律衰减。
It为透射之后的强度;
Io为初始强度;
样品厚度为t;
m为X射线通过单位质量物质时能量的衰减,亦称单位质量物质对X射线的吸收.
20.布拉格方程的计算
例1:
以CuKα(波长=1.54Å
)射线照射NaCl表面,当2θ=31.7º
和2θ=45.5º
时记录到反射线,这两个角度之间未记录到反射线(选择反射),计算这两个角度对应的晶面间距(d)?
(a)λ=1.54Å
θ=15.85º
d1=?
(b)λ=1.54Å
θ=22.75º
d2=?
(a)n=1:
d1=2.82Å
(b)n=1:
d2=1.99Å