X射线衍射的原理及应用简述
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• 特征波长与连续波长X射线 强度的比值, 其管电压为Vk 的3~5倍时为最大.
X射线的产生
各种靶材元素的K系辐射的激发电压及适宜的工作电压
靶元素
原子序数 Kα
Vk
KV (最佳工作电压)
Cr
24
Fe
26
Co
27
Ni
28
Cu
29
Mo 42
Ag
47
2.2909 1.9373 1.7902 1.6591 1.5418 0.7107 0.5609
X射线粉末衍射-线性探测器
X射线粉末衍射-应用
X射线粉末衍射-样品高度误差
• 样品表面高于或低于衍射基 准面,衍射峰峰位偏移.
R
Δ2θ = 2s cosθ
s
R
平行光路
平行光路
平行光路
• 对样品高度不太敏感.
Collimator
Broad diffracted beam
C C' C"
d
A’
d
B
θ
C
θ
B’
布拉格公式: nλ = 2d sinθ
X射线衍射
d100
c
b a
d200
(100)
(200)
(110)
(110)
(111)
(102)
X射线粉末衍射
X射线粉末衍射
X射线粉末衍射-传统聚焦光路
探测器
发散狭缝
光管焦斑
索拉狭缝 遮光板
防散射狭缝
单色器
索拉狭缝 接受狭缝
衍射
• 光通过小孔/狭缝时会产生散射, 类似于变成了一 个光源.
λ λ 光λ λ λ
衍射
• 当波长λ的光通过两个小孔/
狭缝时,两个散射源的光程
λ
差为波长整数倍时,形成干
涉(衍射).
两者相位一致时,形成干涉
的最强条纹
d
• x = d sinΦ = λ
φ φ
x
λ = d sinφ
衍射
• 如果不仅仅只有两条狭缝,而是有无数条间隔相同的狭缝, 则干涉条纹位置依然,但干涉条纹宽度会变得很窄
Broad diffracted beam
Narrow incident beam Specimen
Narrow incident beam Specimen
平行光路-应用
小角散射
小角散射
• 纳米颗粒尺寸分布分析
A: XRD 分析晶粒尺寸 B: SAXS 分析颗粒尺寸
小角散射
• 谢谢
X射线的吸收
Io
△X
I
• 物质对X射线的吸收能力随波长增大而提高 • 波长达到某些特定值时,吸收能力陡然下降—吸收限
X射线的吸收
• 利用吸收限的特性滤掉 特征波长中的Kβ波长:
滤波片材料的K吸收限正好 处于靶材Kα和Kβ波长之间, Kβ波长光子被大量吸收,而 Kα波长光子则只被吸收较 少一部分,从而得到基本单 色的Kα波长X射线.
• L3,L2两个支壳层的电子 跃迁到K壳层时,产生Kα1 和Kα2两个波长的X射线
• M壳层跃迁K壳层,则产生 Kβ波长的X射线
X射线的产生
• 特征波长X射线的相对强度, 随着光管电压的提高而增加
• I=K i (V-Vk)n (n=1.5~1.7 )
Vk: K系波长X射线的激发电压 V: 工作电压; i: 光管电流
• 电子数量极大,到达阳极上的 时间和条件不可能相同,辐射 的电磁波具有连续的各种波 长，形成一个连续X射线谱
Current (mA)
Voltage (kV)
X射线的产生
随着光管加载电压增高:
• 各种波长相对强度一致增高, • 最高强度射线波长逐渐变短 • 短波极限值逐渐变小
X射线的产生
• 光管电压增高到某个值时, 电子有足够能量打掉原子 的内层电子
5. 98 7. 10 7. 71 8. 29 8. 86 20. 00 25. 50
20-25 25-30 30-35 30-35 35-45 50-55 55-60
元素(被强吸收及散射的元素)
Ti,Sc,Ca Cr,V, Ti Mn,Cr, V Fe,Mn,Cr Co,Fe,Mn Y,Sr,Ru Ru,Mo,Nb
晶体学基础
CubicP
CubicI
CubicF
TetragonalP TetragonalI
MonoclinicP MonoclinicC
Triclinic
TrigonalR Trigonal & Hexagonal P
OrthorhombicP OrthorhombicC OrthorhombicI OrthorhombicF
晶体学基础
气态
非晶体
(粒子无序排布)
物质 固态
液态
晶体
(粒子有序排布)
晶体学基础
• 晶体就是原子团按照一定的规律性在空间上’无 限’重复而形成. b
a
点阵系统 + 原子团
晶体
晶体学基础
• 晶胞: 空间上‘无限重复’的点阵系统的基本单元 • 使用晶格常数来描绘一个晶胞的形状
c b
a
a b c - sides α β γ - angles
屏幕
λ
θ
两条狭缝 无数狭缝
X射线衍射
• 原子同样对X射线会有散射效应,相当于每个原子 都是一个光源
λ λ X射线 λ λ λ
X射线衍射
• 晶体中同一晶面族的不同层 原子相当于无数个间距相同 的X射线散射源
• 当光程差等于波长的整数倍 时,形成衍射
A
A A' A"
λ
θ
dsinθ
D
λ
B B' B"
dsinθ
X射线衍射的原理及应用简述
X射线的性质
• 常用X射线波长: 0.1 ~10 埃 (0.01 ~ 100 埃) • 不反射,几乎不折射 (折射率近乎于1) • 波长与晶体中原子间距基本相同, 因而可以产生衍射,用X
射线研究晶体内部结构
X射线的产生
• X射线管中的高速电子和阳极 靶碰撞, 产生极大的负加速度, 辐射电磁波
R P, C, I, F
Restrictions on conventional cell axes and angles a ≠ b ≠ c; α ≠ β ≠ αβγ
a ≠ b ≠ c; α = γ = 90º ≠ β a ≠ b ≠ c; α = β = γ = 90º a = b ≠ c; α = β = γ = 90º a = b = c; α = β = γ = 90º a = b = c; α = β = γ < 120°, ≠ 90º a = b ≠ c; α = β = 90º, γ = 120°
晶体学基础
• 晶系和点阵
System
Triclinic Monoclinic Orthorhombic Tetragonal Cubic Trigonal Hexagonal
Number of lattices 1 2 4 2 3 1 1
Lattice symbols
P P, C P, C, I, F P, I P, I, F
X射线的产生
各种靶材元素的K系辐射的激发电压及适宜的工作电压
靶元素
原子序数 Kα
Vk
KV (最佳工作电压)
Cr
24
Fe
26
Co
27
Ni
28
Cu
29
Mo 42
Ag
47
2.2909 1.9373 1.7902 1.6591 1.5418 0.7107 0.5609
X射线粉末衍射-线性探测器
X射线粉末衍射-应用
X射线粉末衍射-样品高度误差
• 样品表面高于或低于衍射基 准面,衍射峰峰位偏移.
R
Δ2θ = 2s cosθ
s
R
平行光路
平行光路
平行光路
• 对样品高度不太敏感.
Collimator
Broad diffracted beam
C C' C"
d
A’
d
B
θ
C
θ
B’
布拉格公式: nλ = 2d sinθ
X射线衍射
d100
c
b a
d200
(100)
(200)
(110)
(110)
(111)
(102)
X射线粉末衍射
X射线粉末衍射
X射线粉末衍射-传统聚焦光路
探测器
发散狭缝
光管焦斑
索拉狭缝 遮光板
防散射狭缝
单色器
索拉狭缝 接受狭缝
衍射
• 光通过小孔/狭缝时会产生散射, 类似于变成了一 个光源.
λ λ 光λ λ λ
衍射
• 当波长λ的光通过两个小孔/
狭缝时,两个散射源的光程
λ
差为波长整数倍时,形成干
涉(衍射).
两者相位一致时,形成干涉
的最强条纹
d
• x = d sinΦ = λ
φ φ
x
λ = d sinφ
衍射
• 如果不仅仅只有两条狭缝,而是有无数条间隔相同的狭缝, 则干涉条纹位置依然,但干涉条纹宽度会变得很窄
Broad diffracted beam
Narrow incident beam Specimen
Narrow incident beam Specimen
平行光路-应用
小角散射
小角散射
• 纳米颗粒尺寸分布分析
A: XRD 分析晶粒尺寸 B: SAXS 分析颗粒尺寸
小角散射
• 谢谢
X射线的吸收
Io
△X
I
• 物质对X射线的吸收能力随波长增大而提高 • 波长达到某些特定值时,吸收能力陡然下降—吸收限
X射线的吸收
• 利用吸收限的特性滤掉 特征波长中的Kβ波长:
滤波片材料的K吸收限正好 处于靶材Kα和Kβ波长之间, Kβ波长光子被大量吸收,而 Kα波长光子则只被吸收较 少一部分,从而得到基本单 色的Kα波长X射线.
• L3,L2两个支壳层的电子 跃迁到K壳层时,产生Kα1 和Kα2两个波长的X射线
• M壳层跃迁K壳层,则产生 Kβ波长的X射线
X射线的产生
• 特征波长X射线的相对强度, 随着光管电压的提高而增加
• I=K i (V-Vk)n (n=1.5~1.7 )
Vk: K系波长X射线的激发电压 V: 工作电压; i: 光管电流
• 电子数量极大,到达阳极上的 时间和条件不可能相同,辐射 的电磁波具有连续的各种波 长，形成一个连续X射线谱
Current (mA)
Voltage (kV)
X射线的产生
随着光管加载电压增高:
• 各种波长相对强度一致增高, • 最高强度射线波长逐渐变短 • 短波极限值逐渐变小
X射线的产生
• 光管电压增高到某个值时, 电子有足够能量打掉原子 的内层电子
5. 98 7. 10 7. 71 8. 29 8. 86 20. 00 25. 50
20-25 25-30 30-35 30-35 35-45 50-55 55-60
元素(被强吸收及散射的元素)
Ti,Sc,Ca Cr,V, Ti Mn,Cr, V Fe,Mn,Cr Co,Fe,Mn Y,Sr,Ru Ru,Mo,Nb
晶体学基础
CubicP
CubicI
CubicF
TetragonalP TetragonalI
MonoclinicP MonoclinicC
Triclinic
TrigonalR Trigonal & Hexagonal P
OrthorhombicP OrthorhombicC OrthorhombicI OrthorhombicF
晶体学基础
气态
非晶体
(粒子无序排布)
物质 固态
液态
晶体
(粒子有序排布)
晶体学基础
• 晶体就是原子团按照一定的规律性在空间上’无 限’重复而形成. b
a
点阵系统 + 原子团
晶体
晶体学基础
• 晶胞: 空间上‘无限重复’的点阵系统的基本单元 • 使用晶格常数来描绘一个晶胞的形状
c b
a
a b c - sides α β γ - angles
屏幕
λ
θ
两条狭缝 无数狭缝
X射线衍射
• 原子同样对X射线会有散射效应,相当于每个原子 都是一个光源
λ λ X射线 λ λ λ
X射线衍射
• 晶体中同一晶面族的不同层 原子相当于无数个间距相同 的X射线散射源
• 当光程差等于波长的整数倍 时,形成衍射
A
A A' A"
λ
θ
dsinθ
D
λ
B B' B"
dsinθ
X射线衍射的原理及应用简述
X射线的性质
• 常用X射线波长: 0.1 ~10 埃 (0.01 ~ 100 埃) • 不反射,几乎不折射 (折射率近乎于1) • 波长与晶体中原子间距基本相同, 因而可以产生衍射,用X
射线研究晶体内部结构
X射线的产生
• X射线管中的高速电子和阳极 靶碰撞, 产生极大的负加速度, 辐射电磁波
R P, C, I, F
Restrictions on conventional cell axes and angles a ≠ b ≠ c; α ≠ β ≠ αβγ
a ≠ b ≠ c; α = γ = 90º ≠ β a ≠ b ≠ c; α = β = γ = 90º a = b ≠ c; α = β = γ = 90º a = b = c; α = β = γ = 90º a = b = c; α = β = γ < 120°, ≠ 90º a = b ≠ c; α = β = 90º, γ = 120°
晶体学基础
• 晶系和点阵
System
Triclinic Monoclinic Orthorhombic Tetragonal Cubic Trigonal Hexagonal
Number of lattices 1 2 4 2 3 1 1
Lattice symbols
P P, C P, C, I, F P, I P, I, F