教学课件PPTX射线衍射强度.ppt

第三章 X 射 线 衍 射 强 度 引 言 晶体结构分析：主要把握两类信息。 第一类：衍射方向（即θ角） 由布拉格方程来描述。入射波λ一定时，θ角取决于d 。反映晶胞大小和形状。 第二类：衍射强度 结晶物质种类千差万别，不仅晶格常数不同，还与组成晶体的原子种类及原子在晶胞中的位置不同所造成的； 在衍射结果上表现：衍射线的有、无或强度的大小。 X射线衍射强度 布拉格方程：无法描述衍射强度问题。但许多衍射分析中如：合金定性、定量分析、固溶体点阵有序化、点阵畸变等信息，均与衍射强度有关。 X射线衍射强度： 衍射仪法：衍射峰高低（或衍射线包围的面积）； 照相法：底片的黑度。 严格地说：单位时间内通过与衍射方向相垂直的单位面积上的X射线光量子数目。 相对衍射强度：用同一衍射图各衍射线强度（积分强度或峰高）的相对比值。 X射线衍射的强度 衍射强度曲线 各衍射峰曲线所包围面积即为其积分强度，这两积分强度大小比较，可算出残奥γ的含量。 本章的目的 影响衍射强度的因素有多种。 本章目的：分析这些影响因素的来源及其对衍射强度的影响规律。 为此，我们将从 一个电子 一个原子 一个晶胞，讨论晶胞的衍射强度， 然后，再讨论粉末多晶体的衍射强度问题。 一个晶胞的衍射强度 简单点阵：晶胞内只有一种原子组成，每个单胞中只有一个原子，其位于单胞的顶角上，所以简单点阵单胞的散射强度相当于一个原子的散射强度。 复杂点阵：单胞中含有n个相同或不同种类的原子，它们除占据单胞的顶角外，还可能位于体心、面心或底心位置， 所以，复杂点阵单胞的散射波振幅为单胞中所有原子散射波的合成振幅。 §3-2 结构因子 晶胞内原子位置不同，衍射强度将发生变化。如图两晶胞： 相同：① 均为同种原子，② 原子数N=2； 区别：有一个原子移动了1/2c 距离，即多一个（200）晶面。 现考察：其（001）面上衍射情况。 （001）面的衍射情况考察 底心斜方：如果波1ˊ和2ˊ波程差（AB＋BC）＝λ，则在θ方向上产生衍射加强。 体心斜方：则波1ˊ与波3ˊ波程差（DE十EF）＝λ／2，故相邻层波1ˊ、波3ˊ产生相消干涉而抵消。 同理，波2ˊ和波4ˊ相消……。直至001反射强度变为零。 系统消光 由此可见： 晶体中原子仅改变一点排列方式，就使原有衍射线消失。 说明：布拉格方程是反射的必要条件，而不是充分条件。 同样，若晶格中原子（A）换为另一种类原子（B） ， 因A、B原子种类不同，X射线散射波振幅也不同，干涉后强度要减小。在某些情况下，强度甚至为零，衍射线消失。 系统消光 对复杂点阵单胞：其散射波振幅为单胞中各原子散射波振幅的矢量合成。由于原子在晶体中位置或种类不同，其散射波的相互干涉，使某些方向衍射线强度加强，而使某些方向的强度减弱、甚至消失的现象，称为“系统消光”。 结构因数 结构因数(structure factor)： 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。 对“结构因数”本质上的理解可按下列层次进行分析： 1. 一个电子对X射线的散射强度。（新教材P13） 2. 一个原子对X射线的散射强度。（新教材P13、14） 3. 一个晶胞对X射线的散射强度。 一、一个电子对X射线的散射 一、一个电子对X射线的散射 晶体中的电子散射包括：相干散射与非相干散射。 1. 相干散射： 指入射光子与原子内层电子发生弹性碰撞作用，仅使运动方向改变而无能量损失。又称弹性散射或汤姆逊散射。 2. 非相干散射： 指入射光子与原子外层电子或晶体中自由电子发生非弹性碰撞作用，不仅运动方向改变，且有能量损失，又称为非弹性散射或康普顿散射。 主要讨论的是一个电子对X射线的相干散射。 1 . 相干散射（汤姆逊散射） 汤姆逊（J.J.Thomson）研究指出： 一束强度为 Io 的非偏振X射线入射，被电子散射的X射线是射向四面八方的，在距电子为 R 处的散射波强度 Ie 与入射束强度 Io 和散射角度θ有关，即偏振化 。 这就是一个电子对X射线散射的汤姆逊公式。 上式推导参见左演声主编的《材料现代分析方法》p26、p74～75。 汤姆逊公式 上式中: I0—入射X射线的强度； e —电子电荷； m —电子质量； c —光速； 2θ — 散射线与入射线的夹角； R — 散射线上任意一点到电子的