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1、现代材料现代材料(cilio)分析测试技术分析测试技术第一页，共17页。晶体(jngt)和非晶体(jngt)晶体是质点（原子、离子或分子）在空间按一定规律周期性重复晶体是质点（原子、离子或分子）在空间按一定规律周期性重复晶体是质点（原子、离子或分子）在空间按一定规律周期性重复晶体是质点（原子、离子或分子）在空间按一定规律周期性重复排列构成的固体物质。排列构成的固体物质。排列构成的固体物质。排列构成的固体物质。非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周非晶体是指组成物质的
2、分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体。它没有一定规则的外形，如玻璃、松香期性排列的固体。它没有一定规则的外形，如玻璃、松香期性排列的固体。它没有一定规则的外形，如玻璃、松香期性排列的固体。它没有一定规则的外形，如玻璃、松香(sngxing)(sngxing)(sngxing)(sngxing)、石蜡等。它的物理性质在各个方向上是相同的，叫、石蜡等。它的物理性质在各个方向上是相同的，叫、石蜡等。它的物理性质在各个方向上是相同的，叫、石蜡等。它的物理性质在各个方向上是相同的，叫“各向同性各向同性各向同性各向同性”。它没有固定的熔点。所以有人把非晶体叫做。它没有固定的熔点。所以有人把非
3、晶体叫做。它没有固定的熔点。所以有人把非晶体叫做。它没有固定的熔点。所以有人把非晶体叫做“过过过过冷液体冷液体冷液体冷液体”或或或或“流动性很小的液体流动性很小的液体流动性很小的液体流动性很小的液体”。第1页/共17页第二页，共17页。晶体晶体晶体晶体(jngt)(jngt)(jngt)(jngt)的基本性质的基本性质的基本性质的基本性质1 1 1 1 均一性：指晶体内部在其任一部位都具有相同性质的特性均一性：指晶体内部在其任一部位都具有相同性质的特性均一性：指晶体内部在其任一部位都具有相同性质的特性均一性：指晶体内部在其任一部位都具有相同性质的特性(txng)(txng)(txng)(txn
4、g)。如密度、化学性质。如密度、化学性质。如密度、化学性质。如密度、化学性质。2 2 2 2 异向性：指晶体的性质因观测方向的不同而表现出差异的特性异向性：指晶体的性质因观测方向的不同而表现出差异的特性异向性：指晶体的性质因观测方向的不同而表现出差异的特性异向性：指晶体的性质因观测方向的不同而表现出差异的特性(txng)(txng)(txng)(txng)。如硬度，解理。如硬度，解理。如硬度，解理。如硬度，解理。3 3 3 3 对称性：指晶体中的相同部分或性质，能够在不同方向或位置上有规律地重复出现。对称性：指晶体中的相同部分或性质，能够在不同方向或位置上有规律地重复出现。对称性：指晶体中的相
5、同部分或性质，能够在不同方向或位置上有规律地重复出现。对称性：指晶体中的相同部分或性质，能够在不同方向或位置上有规律地重复出现。4 4 4 4 自限性：指晶体能自发地形成封闭的凸几何多面体外形的特点。自限性：指晶体能自发地形成封闭的凸几何多面体外形的特点。自限性：指晶体能自发地形成封闭的凸几何多面体外形的特点。自限性：指晶体能自发地形成封闭的凸几何多面体外形的特点。5 5 5 5 最小内能：指的是在相同热力学条件下，晶体与同种物质的非晶态相比较，其内能最小，因而晶体的结构也最小内能：指的是在相同热力学条件下，晶体与同种物质的非晶态相比较，其内能最小，因而晶体的结构也最小内能：指的是在相同热力学
6、条件下，晶体与同种物质的非晶态相比较，其内能最小，因而晶体的结构也最小内能：指的是在相同热力学条件下，晶体与同种物质的非晶态相比较，其内能最小，因而晶体的结构也是最稳定的。是最稳定的。是最稳定的。是最稳定的。6 6 6 6 稳定性：由于晶体有最小的内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。稳定性：由于晶体有最小的内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。稳定性：由于晶体有最小的内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。稳定性：由于晶体有最小的内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。7 7 7 7 固定的熔点固定的熔点固定的熔点固定的熔点第2页/共17页第三页，共17页。空间点阵(kn jin din
7、 zhn)为了探讨千变万化的晶体结构的一些共为了探讨千变万化的晶体结构的一些共同规律，可以把晶体结构进行几何抽象。抽同规律，可以把晶体结构进行几何抽象。抽象的方法象的方法(fngf)是把晶体结构中各周期重是把晶体结构中各周期重复单位中的等同点抽象成一个仅代表重心位复单位中的等同点抽象成一个仅代表重心位置而不代表组成、重量和大小的几何点，这置而不代表组成、重量和大小的几何点，这些几何点称为结点或点阵点。些几何点称为结点或点阵点。第3页/共17页第四页，共17页。晶胞晶胞(jn bo)结点在空间周期性排列的几何图形，就称为晶体结构的空间点阵。结点在空间周期性排列的几何图形，就称为晶体结构的空间点阵
8、。结点在空间周期性排列的几何图形，就称为晶体结构的空间点阵。结点在空间周期性排列的几何图形，就称为晶体结构的空间点阵。连接结点中相邻连接结点中相邻连接结点中相邻连接结点中相邻(xin ln)(xin ln)结点而成的单位平行六面体，称为晶胞。结点而成的单位平行六面体，称为晶胞。结点而成的单位平行六面体，称为晶胞。结点而成的单位平行六面体，称为晶胞。选取晶胞的条件：选取晶胞的条件：选取晶胞的条件：选取晶胞的条件：能同时反映出空间点阵的周期性和对称性；能同时反映出空间点阵的周期性和对称性；能同时反映出空间点阵的周期性和对称性；能同时反映出空间点阵的周期性和对称性；在满足在满足在满足在满足的条件下有
9、尽可能多的直角；的条件下有尽可能多的直角；的条件下有尽可能多的直角；的条件下有尽可能多的直角；在满在满在满在满和和和和的条件下，体积最小。的条件下，体积最小。的条件下，体积最小。的条件下，体积最小。第4页/共17页第五页，共17页。晶面指数(zhsh)描述晶面或一族互相平行面网在空间位置描述晶面或一族互相平行面网在空间位置的符号（的符号（hkl）称为晶面符号或密勒符号。）称为晶面符号或密勒符号。其中其中hkl称为晶面指数或晶面指标。称为晶面指数或晶面指标。晶面指数确定方法晶面指数确定方法(fngf)：取晶面在各：取晶面在各晶轴上的截距系数晶轴上的截距系数p、q、r的倒数的倒数1/p、1/q、1
10、/r，化简成互质的整数比，化简成互质的整数比h：k：l，用，用（hkl）表示这组晶面。）表示这组晶面。第5页/共17页第六页，共17页。晶面指数确定晶面指数确定(qudng)(qudng)方法方法第6页/共17页第七页，共17页。晶向与晶向指数晶向与晶向指数(zhsh)(zhsh)在晶体点阵中，连接两个结点的直线所确定的方向称为晶向。晶向用晶向在晶体点阵中，连接两个结点的直线所确定的方向称为晶向。晶向用晶向在晶体点阵中，连接两个结点的直线所确定的方向称为晶向。晶向用晶向在晶体点阵中，连接两个结点的直线所确定的方向称为晶向。晶向用晶向指数指数指数指数uvwuvwuvwuvw表示。确定晶向指数的方
11、法：表示。确定晶向指数的方法：表示。确定晶向指数的方法：表示。确定晶向指数的方法：（1 1 1 1）在一簇互相平行的结点直线中引出）在一簇互相平行的结点直线中引出）在一簇互相平行的结点直线中引出）在一簇互相平行的结点直线中引出(yn ch)(yn ch)(yn ch)(yn ch)过坐标原点的直线；过坐标原点的直线；过坐标原点的直线；过坐标原点的直线；（2 2 2 2）在该直线上选距原点最近的结点，量出它的结点坐标；）在该直线上选距原点最近的结点，量出它的结点坐标；）在该直线上选距原点最近的结点，量出它的结点坐标；）在该直线上选距原点最近的结点，量出它的结点坐标；（3 3 3 3）将三个坐标用
12、方括号括起来，即为该结点直线的晶向指数。）将三个坐标用方括号括起来，即为该结点直线的晶向指数。）将三个坐标用方括号括起来，即为该结点直线的晶向指数。）将三个坐标用方括号括起来，即为该结点直线的晶向指数。晶向为空间向量，向量坐标为（晶向为空间向量，向量坐标为（晶向为空间向量，向量坐标为（晶向为空间向量，向量坐标为（u,v,wu,v,wu,v,wu,v,w）。）。）。）。第7页/共17页第八页，共17页。晶带晶带 在晶体结构中平行某一在晶体结构中平行某一在晶体结构中平行某一在晶体结构中平行某一晶向的所有晶面均属于晶向的所有晶面均属于晶向的所有晶面均属于晶向的所有晶面均属于同一个晶带，这些晶面同一个
13、晶带，这些晶面同一个晶带，这些晶面同一个晶带，这些晶面叫做晶带面。晶带面的叫做晶带面。晶带面的叫做晶带面。晶带面的叫做晶带面。晶带面的交线相互平行，其中通交线相互平行，其中通交线相互平行，其中通交线相互平行，其中通过坐标过坐标过坐标过坐标(zubio)(zubio)原点的原点的原点的原点的那条平行直线叫做晶带那条平行直线叫做晶带那条平行直线叫做晶带那条平行直线叫做晶带轴轴轴轴,用用用用uvw uvw 表示。晶带表示。晶带表示。晶带表示。晶带轴的指数即为该晶带的轴的指数即为该晶带的轴的指数即为该晶带的轴的指数即为该晶带的指数。同一晶带中包含指数。同一晶带中包含指数。同一晶带中包含指数。同一晶带中
14、包含有各种不同晶面族的晶有各种不同晶面族的晶有各种不同晶面族的晶有各种不同晶面族的晶面。面。面。面。第8页/共17页第九页，共17页。衍射衍射(ynsh)的概念的概念衍射的概念：衍射的概念：衍射是由于存在某种位相关系衍射是由于存在某种位相关系(gun x)的的两个或两个以上的波相互叠加所引起的一种两个或两个以上的波相互叠加所引起的一种物理现象。物理现象。这些波必须是相干波源这些波必须是相干波源(同方向、同频率、同方向、同频率、位相差恒定位相差恒定)第9页/共17页第十页，共17页。X射线的衍射射线的衍射(ynsh)X X射线在晶体中的衍射现象，实质上是大量的原子散射波互相干涉射线在晶体中的衍射
15、现象，实质上是大量的原子散射波互相干涉射线在晶体中的衍射现象，实质上是大量的原子散射波互相干涉射线在晶体中的衍射现象，实质上是大量的原子散射波互相干涉的结果，每种晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分布规的结果，每种晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分布规的结果，每种晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分布规的结果，每种晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分布规律。律。律。律。衍射花样的特征衍射花样的特征衍射花样的特征衍射花样的特征(tzhng)(tzhng)有两方面来定义：有两方面来定义：有两方面来定义：有两方面来定义：1 1）衍射线在空间的分布规律（衍射方向）衍射
16、线在空间的分布规律（衍射方向）衍射线在空间的分布规律（衍射方向）衍射线在空间的分布规律（衍射方向）它由晶胞的大小、形状、和位向所决定。它由晶胞的大小、形状、和位向所决定。它由晶胞的大小、形状、和位向所决定。它由晶胞的大小、形状、和位向所决定。2 2）衍射线的强度）衍射线的强度）衍射线的强度）衍射线的强度 它取决于原子的品种和它在晶胞中的位置。它取决于原子的品种和它在晶胞中的位置。它取决于原子的品种和它在晶胞中的位置。它取决于原子的品种和它在晶胞中的位置。第10页/共17页第十一页，共17页。布拉格方程(fngchng)当波程差等当波程差等于波长于波长(bchng)整整数倍时，就数倍时，就会发生
17、相长会发生相长干涉，即干涉，即 n=2dSin n称为反射级称为反射级,可为可为1，2，3晶体晶体(jngt)的的X射线衍射射线衍射第11页/共17页第十二页，共17页。布拉格方程(fngchng)布拉格方程：2dSin=n其中：d 是面间距（晶格常数）是入射X射线的波长 是入射线或反射线与反射面的夹角，称为掠射角,由于(yuy)它等于入射线与衍射线夹角的一半,故又称为半衍射角,把2 称为衍射角第12页/共17页第十三页，共17页。布拉格方程(fngchng)讨论 产生产生(chnshng)衍射的条件：衍射的条件：根据布拉格方程，根据布拉格方程，sin 不能大于不能大于1，因此：，因此：对衍射
18、而言，对衍射而言，n的最小值为的最小值为1，所以在任何，所以在任何可观测的衍射角下，产生可观测的衍射角下，产生(chnshng)衍射衍射的条件为的条件为 2d。第13页/共17页第十四页，共17页。反射(fnsh)级数与干涉级数 将布拉格方程中的将布拉格方程中的n隐含在隐含在d中得到简化中得到简化的布拉格方程：的布拉格方程：2dHKLSin=n 把（把（hkl）晶面的）晶面的n级反射看成为与级反射看成为与（hkl）晶面平行、面间距为）晶面平行、面间距为(nh,nk,nl)的的晶面的一级反射。晶面的一级反射。面间距为面间距为dHKL的晶面并不一定是晶体中的晶面并不一定是晶体中的原子面，而是为了简
19、化布拉格方程所引入的原子面，而是为了简化布拉格方程所引入的反射面，我们把这样的反射面，我们把这样(zhyng)的反射面的反射面称为干涉面。干涉面的面指数称为干涉指数。称为干涉面。干涉面的面指数称为干涉指数。第14页/共17页第十五页，共17页。布拉格方程布拉格方程(fngchng)(fngchng)的应用的应用（1 1）X X射线光谱分析射线光谱分析 已知晶格已知晶格(jn)(jn)常数常数d d 及亮斑的位置，可求及亮斑的位置，可求x x射线的波长。射线的波长。（2 2）X X射线晶体结构分析射线晶体结构分析根据图样及根据图样及 ，可研究晶格，可研究晶格(jn)(jn)结构和结构和x x射线本身的性射线本身的性质。质。第15页/共17页第十六页，共17页。第16页/共17页第十七页，共17页。