第一章第九节课件.pptVIP

§1.9 晶体X射线衍射 一 X射线的发现 九 消光条件 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。 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 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 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 * 1901年获首届诺贝尔 物理学奖 1895年，德国物理学家伦琴在研究阴极射线管的过程中，发现了一种穿透力很强的射线。 高压电源 金属靶 电子束 高能 由于未知这种射线的实质（或本性），将它称为 X 射线。 X 射 线 1914年获诺贝尔物理学奖 X 射线发现17年后，于1912年，德国物理学家劳厄找到了 X 射线具有波动本性的最有力的实验证据： 发现并记录了 X 射线通过晶体时发生的衍射现象。 由此，X射线被证实是一种频率很高（波长很短）的电磁波。 在电磁波谱中，X射线的波长范围约为 0.005 nm 到 10 nm，相当 于可见光波长的 10万分之一 到 50 分之一 。 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 - 10 m 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。 衍射斑纹（劳 厄 斑） 晶体 X射线 （硫化铜） 记录干板 1912年，英国物理学家布拉格父子提出 X射线在晶体上衍射的一种简明的理论解释,称为布拉格定律，又称布拉格条件。 1915年布拉格父子获诺贝尔物理学奖，小布拉格当年25岁，是历届诺贝尔奖最年轻的得主。 氯化钠晶体 氯离子 钠离子 Cl ＋ Na 晶体结构中的三维空间点阵 二 散射波干涉 点阵的散射波 晶体中的 原子或离子 X 射 线 原子或离子中的电子在外场作用下做受迫振动。 晶体点阵中的每一阵点可看作一个新的波源，向外辐射与入射的 X 射线同频率的电磁波，称为散射波。 散射波干涉 X 射 线 晶体点阵的散射波可以相互干涉。 面中点阵 散射波干涉 面间点阵 散射波干涉 包括 和 入射角 掠射角 镜面反射方向 平面法线 入射 X射线 任一平面上的点阵 任一平面上的点阵散射波的干涉 干涉结果总是在镜面反射方向上出现最大光强 称为该平面的零级衍射谱 面间散射波干涉 面间点阵散射波的干涉 面1 面2 面3 … 作截面分析 X射线 入射角 掠射角 求出相邻晶面距离为 d 的两反射光相长干涉条件 层间两反射光的光程差 面间点阵散射波的干涉 布拉格定律 相长干涉得亮点的条件 或布拉格条件 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