《2021-2022学年高二物理竞赛课件：晶体的x射线衍射.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021-2022学年高二物理竞赛课件：晶体的x射线衍射.pptx（13页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、晶体的晶体的x射射线衍射衍射1910年年劳厄提出晶体可以作厄提出晶体可以作为x射射线的三的三维衍射光衍射光栅。X射射线波波长晶体的晶体的x射线衍射射线衍射 1912年费里德里奇和伦琴的博士生克尼平用实验证实了年费里德里奇和伦琴的博士生克尼平用实验证实了劳厄的想法。劳厄的想法。布拉格父子提出了著名的布拉格公式。布拉格父子提出了著名的布拉格公式。但晶体中含有轻重相差较大的两种原子时，用但晶体中含有轻重相差较大的两种原子时，用x射线测定晶体结构射线测定晶体结构将很困难。将很困难。中子衍射，电子衍射都可以用来研究晶体结构。中子衍射，电子衍射都可以用来研究晶体结构。但电子既受原子核的作用又受核外电子的作
2、用，散射很强，透但电子既受原子核的作用又受核外电子的作用，散射很强，透射很弱，适用于研究薄膜和表面结构，射很弱，适用于研究薄膜和表面结构，TEM需要制备约需要制备约50nm厚的厚的样品，比较费时也比较昂贵。样品，比较费时也比较昂贵。X射射线管管同步同步辐射射X射射线激光器（基激光器（基础研究研究阶段）段）放射性材料（与放射性材料（与电子俘子俘获有关）有关）一、一、X射线的产生射线的产生X射线管同步辐射装置电子枪电子直线加速器储存环实验站光束线X射线管产生的射线管产生的x射线的特征射线的特征.连续谱连续谱产生机制产生机制-轫致辐射：高速运动的电子在原子核电轫致辐射：高速运动的电子在原子核电场作用
3、下被减速时产生的辐射。场作用下被减速时产生的辐射。短波极限：短波极限：2.特征谱（标识谱）分离的谱线。特征谱（标识谱）分离的谱线。产生机制：原子内层电子跃迁产生。产生机制：原子内层电子跃迁产生。K,L,M线系线系不同原子内层电子跃迁的能量差不同，产生的光子不同原子内层电子跃迁的能量差不同，产生的光子能量不同。能量不同。衍射一般用衍射一般用Cu k 1 0.155nm亮度高（第一代比旋亮度高（第一代比旋转阳极耙特征阳极耙特征谱高高3个量个量级，第三代高第三代高9个量个量级）光光谱连续而且范而且范围很很宽（10000.001nm）高度的平行性高度的平行性（发散角散角约为毫弧度）毫弧度）同步同步辐射
4、的特点射的特点一、一、x射射线衍射的基本原理衍射的基本原理设x射射线源和晶体的距离，以及源和晶体的距离，以及观测点和晶体之点和晶体之间的距离都比的距离都比晶体的晶体的线度大得多，度大得多，则入射入射线和衍射和衍射线都可看成平行光都可看成平行光线。不考不考虑康普康普顿效效应，即，即认为电子子对x射射线的散射是的散射是弹性散射，性散射，散射前后光子能量不散射前后光子能量不变。设和和为入射入射线和衍射和衍射线的的单位矢量，只位矢量，只讨论布喇菲格子，布喇菲格子，取取O点点为原点，晶体中任一格点的位矢原点，晶体中任一格点的位矢为oAcD倒格子空间衍射方程倒格子空间衍射方程当衍射波波矢与入射波波矢相差为
5、倒格矢的整数倍当衍射波波矢与入射波波矢相差为倒格矢的整数倍时满足衍射条件时满足衍射条件.由于由于所以所以得：得：2.布拉格公式布拉格公式考虑考虑n=1的情形，则的情形，则围成一三角形，由于忽略康普顿效应，所以围成一三角形，由于忽略康普顿效应，所以因此的垂直平分线必平分与之间的夹角，而因此的垂直平分线必平分与之间的夹角，而晶面族（晶面族（h1h2h3)与垂直，所以该垂直平分线一定在与垂直，所以该垂直平分线一定在晶面族（晶面族（h1h2h3)内，衍射极大的方向恰好就是晶面族内，衍射极大的方向恰好就是晶面族（h1h2h3)的反射方向。的反射方向。当衍射当衍射线对某一晶面族来某一晶面族来说恰恰为光的反射光的反射方向方向时，此衍射方向就是衍射加，此衍射方向就是衍射加强方向。方向。参考晶体样品晶体探测器计算机狭缝X光源双晶衍射实验装置双晶衍射实验装置金金刚石石结构构结晶学原胞中有八个原子，坐晶学原胞中有八个原子，坐标为(0,0,0)(1/2,1/2,0)(1/2,0,1/2)(0,1/2,1/2)(1/4,1/4,1/4)(3/4,3/4,1/4)(3/4,1/4,3/4)(1/4,3/4,3/4)散射光散射光强度不度不为0的条件的条件为(1)衍射面指数衍射面指数nh,nk,nl都是奇数；都是奇数；(2)衍射面指数衍射面指数nh,nk,nl都是偶数，且都是偶数，且也是偶数。也是偶数。