X射线衍射技术X-ray Diffraction Technology周剑平物理学与信息技术学院zhoujp@2010.3~6

微结构表征 X射线衍射技术

电子显微术 热分析 光谱分析

Raman分析School of Physics and Information Technology, SNNU

作业与考试 平时作业 (30 %,不准抄袭)

期末考试 (70 %,开卷考试)提交科技论文

题目 ？??

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第1讲 X射线的产生和性质Produce and Properties of x-ray

X光的产生 X光的性质

X光和物质的相互作用 X光的防护

X射线发展与现状 1895年11月，德国维尔茨堡(Wurzbug)大学物理研究所所长— —威廉· 伦琴教授(W.C Rontgen)发现X射线 1901年诺贝尔奖 1912年上半年，德国慕尼黑大学物理学家劳厄(M. V. Laue) 成功地完成了晶体的x射线衍射实验，获得第一张X射线衍射照， 1914年诺贝尔奖 1913年，英国物理学家贝克莱(Barkla)和莫斯莱(H. G. J. Moseley)开创莫斯莱定律，建立了x射线光谱学。 1913年，在M. V. Laue实验基础上， W.H. Bragg, W.L. Bragg 首次测定了NaCl的晶体结构--开始了X射线晶体分析的历史 1916年，得拜及谢乐(Debye-Scherrer)发明“粉末照相法” 1928年，盖革及弥勒(H. Geitger—W. Muller)提出用盖革—弥 勒计数据测量x射线的方法。 1938年，哈那瓦尔特(Hanawalt)建立系统的X射线物相定性分 析方法。School of Physics and Information Technology, SNNU

X射线发展与现状 1941年，美国材料实验协会(ASTM)将衍射资料编印成索引 及标推卡片，并逐年进行补充。 1945年，美国海军研究室的Friedman设计了用于粉末研究的 第一台计数器衍射仪。开始了x射线衍射仪的设计及商品化。 1945年，X射线物相定量分析日趋广泛，20世纪70年代后又 发展了一系列的定量分析方法。 1969年，成立国际组织“粉末衍射标准联合委员台(JCPDS)”,负责标准衍射数据资料的收集及卡片、索引、磁盘、光 盘等的发行工作。 20世纪60年代开始，衍射仪法和计算机技术结合，实现收集 衍射实验数据的自动化，研制和发展了物相鉴定、结构测定等 方面的计算机程序。School of Physics and Information Technology, SNNU

X射线的发现1895年Rö ntgen.W.C发现用高速电子冲击固体时，有一种 新射线从固体上发出来。

阴级

+ 阳级

由于对其本质不了解，故称之为X射线，也称伦琴射线 该发现获得第一个诺贝尔奖(1901年物理奖) 被评为19世纪三个最重要的科学发现之一School of Physics and Information Technology, SNNU

X射线的特点 直线传播 强的穿透能力 在电磁场中不偏转 通过物质时发生衰减 能杀伤生物细胞，气体电离 使照相底板感光

射线一经发

现就被广泛应 用仅几个月后，用于医学 检查内伤很快又用于工程 技术，如金属探伤

伦琴夫人的手 X照片戒指

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X射线的本质?发现的X射线是什么呢？人们初步 认为是一种电磁波，于 是想通过光栅来观察它的衍射现象，但实验中并没有看到衍 射现象。原因是X射线的波长太短，只有一埃(1Å)。 光栅d=3 104Å

d sin

~0.002o

Å/3 104Å =3.3 10-5rad sin / d 1 要分辩X射线的 光栅也要在埃的 数量级才行。实际上是无法办到的。

人们想到了晶体。晶体有规范的原子排列，且原子间距也在埃的 数量级。是天然的三维光栅。

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X射线的衍射1912年德国物理学家von Laue, M(劳厄)利用 晶体作衍射光栅成功地观察到X射线的衍射。 晶体的三维光栅 Three-dimensional “diffraction grating”

Laue spots proves wave properties of X-ray.

X射线 X--ray

晶体 劳厄斑 crystal Laue spots

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X射线的本质

X 射线是一种电磁波 光的波粒二象性：e=h =hc/

电磁波谱 X射线波长范围是0.001~10 nm 用于晶体分析的X射线0.05~0.25 nm 用于无损探伤的X射线0.005~0.1 nm 1913年，在Laue, M实验基础上，Bragg W.H, Bragg W.L首次 测定了NaCl的晶体结构--开始了X射线晶体分析的历史School of Physics and Information Technology, SNNU

X射线谱

连续谱I cont I ( )d KiZV 2 0

eV hvmax

hc

min

min max

hc 1.24 (nm) eV V 1.5 min

Power of x-ray KiZV 2 Efficiency KZV Power of current iV

k=1.1~1.4x10-9 i管电流 Z靶元素序数 电压与X射线谱的关系(钨) V管电压 得到清晰衍射花纹的条件？ 对于钨W Z=74 V=100kV =1% 其中一个条件是光源的单色性 Physics and Information Technology, School ofSNNU

X射线谱

标志谱 (特征谱):当电压高 于一特定值时，出现特征谱电子跃迁 遵从选择 定则： n 0 l 1 j 0, 1

特征X射线产生示意图hvk Wk WL 1 1 1 2 n1 n22 3 1 3

强度： I i(V V0 )mi: 管电流强度 V: 管电压, V0: 标志X射线激发电压 m: 1.5~2

波长：Ka1 和K 2 的强度比是2:1

波长采取加权平均： K K 1 K 2

School of Physics Cu: Ka1=1.54059Å, Ka2=1.54442Å, Ka=1.54187Å and Information Technology, SNNU

X射线标志谱X射线标志谱实验规律 只有管电压超过激发电压时，才产生该物质相应系的标 志谱线 标志谱线对应一个确定的波长，管电压和管电流改变时， 波长不变，仅改变其强度。 不同的阳极材料，标志谱不同，由莫斯莱(H. G. J. Mo

seley)定律 …… 此处隐藏：1959字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……