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1、晶体结构分析把握第1页，此课件共18页哦X X射线衍射强度射线衍射强度 定义：定义：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。X射线衍射强度在衍射仪上表现为反射线的有无或强度大小，反映的是衍射峰的高低（或积分强度衍射峰轮廓所包围的面积）。第2页，此课件共18页哦结构因子结构因子定义：定义：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。即晶体结构对衍射强度的影响因子。对结构因子可以从以下层次逐步分析：对结构因子可以从以下层次逐步分析：一个电子对X射线的散射 一个原子对X射线的散射 一个晶胞对X射线的散射第3页，此课件共18页哦一个电子对一个电子对X X射线的散射射线
2、的散射一个电子将X射线散射后，在距电子为R的P处的强度I e可表示为：式中re为经典电子半径，I0 入射X射线强度；e 电子电荷；m 电子质量；c 光速；0 真空介电常数；2 电场中任一点P到原点连线与入射X射线方向的夹角；R 电场中任一点P到发生散射的电子距离。该式是一个电子对X射线散射的汤姆孙公式。第4页，此课件共18页哦电子对电子对X射线散射的特点：射线散射的特点：散射线强度很弱，约为入射强度的几十分之一；散射线强度很弱，约为入射强度的几十分之一；散射线强度与到观测点距离的平方成反比；散射线强度与到观测点距离的平方成反比；在在2=0处处，散射，散射强强度最度最强强，也只有，也只有这这些波
3、才符合相干散射的条件。些波才符合相干散射的条件。20处散射线的强度减弱。当处散射线的强度减弱。当2=90时，散射线强度减弱最多仅时，散射线强度减弱最多仅为为2=0时时的一半。的一半。该式表明该式表明：一束非偏振的一束非偏振的X射线经过电子散射后，其强度在空间的各个射线经过电子散射后，其强度在空间的各个方向变得不相同了，被偏振化了。方向变得不相同了，被偏振化了。偏转因子（极化因子）偏转因子（极化因子）第5页，此课件共18页哦一个原子对一个原子对X X射线的散射射线的散射原子散射波是原子中各个电子散射波合成的结果，原子中Z个电子按电子云规律分布在不同位置上，故同一原子中各电子在某方向上散射波相位不
4、尽相同。（图图）第6页，此课件共18页哦原子散射强度原子散射强度入射X射线分别照射到原子中任意两电子A和B。在XX方向散射波2=0；可认为相位差为0。此时，相当于Z个电子集中于一点，则原子散射强度为：Ia=Z2Ie在任意方向，如YY方向上：原子半径比X射线波长小，不能产生波长整数倍的位相差，导致电子波合成强度降低。即原子散射波强度：Ia Z2Ie第7页，此课件共18页哦原子散射因子原子散射因子定义：定义：在相同条件下，原子散射波与一个电子散射波的波振幅之比或强度之比，即：式中：A a、A e分别为原子和电子散射波振幅。且Ia=Aa2,Ie=Ae2也可理解为：以一个电子散射波振幅为单位，来度量一
5、个原子的散射波振幅，因此也叫原子散射波振幅。第8页，此课件共18页哦原子散射因子反映了一原子散射因子反映了一个原子将个原子将X射线向某个射线向某个方向散射的效率，它与方向散射的效率，它与sin和和有关，如有关，如图图sin减少，减少，f增大。增大。当当sin=0时时，f=Z,一般情况下一般情况下fZ,f值可由附录查得值可由附录查得。第9页，此课件共18页哦需要指出需要指出：产生相干散射的同时也存在非相干散射。两种散射强度的比值与原子中结合力弱的电子所占的比例有密切关系。结合力弱的所占比例越大，非相干散射和相干散射的强度比增大。因此因此：原子序数越小，非相干散射越强。第10页，此课件共18页哦一
6、个晶胞对一个晶胞对X X射线的散射射线的散射晶胞中所有原子散射波的合成振幅不是各原子散射波振幅简单地相加，它与原子散射因子f、原子间的位相差、晶胞中原子个数N有关。设:晶胞中各原子散射波振幅（fAe）分别为f1Ae、f2Ae、fiAe、fnAe它们与入射波的相位差分别为：1、2、j、n晶胞中各原子相干散射波的合成振幅Ab为：Ab=Ae(f1ei1+f2ei2+fnein)=Ae fj eij第11页，此课件共18页哦 结构振幅结构振幅 Fhkl 结构振幅 F：以一个电子散射波振幅Ae为单位所表征的晶胞散射波振幅Ab，即hkl晶面上的原子坐标为（uvw）与原点处原子的经hkl晶面反射后的位相差，
7、可用下式表示：该公式对任何晶系都是适用的。第12页，此课件共18页哦对（hkl）晶面的结构振幅Fhkl，其复指数表达式为:晶胞散射波的强度：与结构振幅的平方成正比，其值一般地，称为结构因数，表征了晶胞内原子种类、原子个数、原子位置对（hkl）晶面衍射方向上衍射强度的影响。第13页，此课件共18页哦结构因子计算结构因子计算简单晶胞的结构因子一个晶胞中只有一个原子，位于坐标原点则：F=fe2i(0)=fF2 =f2可见F2与h k l无关，对所有的反射具有相同的值。第14页，此课件共18页哦斜方底心晶胞的结构因子斜方底心晶胞的结构因子一个晶胞中有两个同种原子，分别位于000和1/2 1/2 0。则
8、：因为（h+k）永远是整数，F只能取实数。如果h和k都是偶数或奇数（称为同性数），则F=2fF2=f2另外，如果h和k为异性数，则F=0因此，指数l的取值不对结构因子产生影响。第15页，此课件共18页哦体心立方晶胞的结构因子体心立方晶胞的结构因子一个晶胞内有两个同种原子，分别位于000和1/2 1/2 0。则：F=2f (h+k+l)为偶数F2=f2F=0 (h+k+l)为奇数F2=0 第16页，此课件共18页哦上述例子可以得出：上述例子可以得出：结构因子与晶胞的形状和大小无关。原子在晶胞中的排列位置变化，可以使原来可以产生衍射的衍射线消失，这种现象也称之为“系统消光”。第17页，此课件共18页哦第18页，此课件共18页哦