复合材料测试方法第一章PPT
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从原则上讲，对同一个辐射过程所具有的特性，既
可以用时间和空间展开的数学形式来描述，也可以用在 统计上确定的时间和位置出现的粒子来描述。因此，必 须同时接受波动和微粒两种模型。强调其中的哪一种模 型来描述所发生的现象要看具体的情况而定。但是，由 于X射线的波长较短，它的粒子性表现得比较突出。
第一章
伦琴、劳厄和布拉格的工作，为人们以后从事X射
线衍射和X射线光谱研究奠定了理论和实验基础。 他们杰出的工作对X射线学发展的整个进程都具有
重要的指导意义，所以伦琴、劳厄和布拉格分别在1901 年、 1914年、1915年均获得诺贝尔奖。
2. X射线的性质 劳厄的实验指出，X射线是一种波长很短的电磁波，
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复合材料测试方法
第一章
第一章 X射线衍射分析
第一节 X射线的产生及其性质 1. X射线的发现和X射线学的发展过程 1895年，德国物理学家伦琴(W.C.Rontgen，1845-
1923年)在实验中偶然发现，放在阴极射线管附近密封 好的照相底片被感光。
伦琴当时就断言，这种现象必定是一种不可见的未 知射线作用的结果。由于当时没有找到更适当的名称来 称呼这种射线。伦琴就以数学上常用的未知数X作为它 的代名词，给这种射线取名为X射线，也称伦琴射线。
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复合材料测试方法
第一章
伦琴对X射线的性质进行了多方面的观察和实验 后，在他的论文(Nature、1896年)中指出，X射线穿 过物质时会被吸收；原子量及密度不同的物质，对X 射线的吸收情况不一样；轻元素物质对X射线几乎是 透明的，而X射线通过重元素物质时，透明程度明显 地被减弱。X射线的突出特点就是它能穿过不透明物 质。
可见光
红外光 来自分子振动和转动能级的跃迁
波谱区 微波
来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁
无线电波 来自原子核自旋能级的跃迁
长
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复合材料测试方法
第一章
源自文库
测量其波长通常应用的单位是，国际单位制中的nm。
用于衍射分析的X射线波长为0.05-0.25nm。一般波长短的 X射线称为硬射线．反之称为软X射线。
作为电磁波的X射线，它与可见光和所有的其他基本 粒子一样，同时具有波动及微粒双重特性，简称为波粒二 象性；它的波动性主要表现为以一定的频率和波长在空间 传播；它的微粒性主要表现为以光子形式辐射和吸收时， 具有一定的质量、能量和动量。X射线的频率ν、波长λ 以及光子的能量E、动量P之间存在如下的关系：
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复合材料测试方法
第一章
1908—1911年，巴克拉(C．G．Barkla)发现物质 被X射线照射时，会产生次级X射线。次级X射线由两 部分组成，一部分与初级X射线相同，另一部分与被 照射物质组成的元素有关，即每种元素都能发射出各 自的X射线。巴克拉称这种与物质元素有关的射线的 谱线为标识谱(或特征X射线谱），并对这些谱线分别 以K，L，M，N，O，……等命名，以便区分。巴克拉 同时还发现不同元素的X射线吸收谱具有不同的吸收 限。经巴克拉严格测定的X射线谱为后来的德国物理 学家劳厄的实验研究提供了方便条件。
1912年，劳厄(M . V. Laue)等人，在前人研究的基础 上，提出了X射线是电磁波的假设。劳厄假定这种电磁波 的波长仅是原子线度的十分之一。当时晶体点阵理论已经 成熟，劳厄对比了晶体点阵与平面光栅空间周期性的共同 特点，推测波长与晶面间距(晶体中相邻两原子间的距离) 相近的X射线通过晶体时，必定会发生衍射现象。这个假 设被著名物理学家索末菲的助手弗里德利希实验证实。
波长范围约0.001—l0nm。在电磁波谱上它处于紫外线 和γ射线之间(见图）。
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复合材料测试方法
第一章
电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列
γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波
高能辐射区 γ射线 能量最高，来自于核能级跃迁
波长
χ射线 来自内层电子能级的跃迁
光学光谱区 紫外光 来自原子和分子外层电子能级的跃迁
复合材料测试方法
吉林大学化学学院
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复合材料测试方法
第一章
第1章 X射线衍射分析 第一节 X射线的产生及性质 1. X射线的发现和X射线学的发展过程 2. X射线的性质 3. 产生X射线的条件 4. 连续X射线谱 5. 特征X射线谱 第二节 X射线与物质的作用 第三节 X射线衍射原理 第四节 X射线衍射分析方法 第五节 X射线衍射分析的应用
导出了著名公式： 2dsinθ＝nλ
这个公式就是著名的布拉格定律。这为X射线衍射分
析奠定了理论基础。
1913年布拉格根据这一原理，制作出了X射线分光计，
并使用该装置确定了巴克拉提出的某些标识X射线谱的波
长，首次利用X射线衍射的方法测定了NaCl的晶体结构，
从此开始了X射线晶体结构分析的历史。
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复合材料测试方法
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复合材料测试方法
第一章
就在劳厄的假定得到验证的同时，英国物理学家布拉
格(Bragg)父子从反射的观点出发，提出了X射线照射在晶
体中一系列相互平行的原子面上将会发生反射的设想。
他们认为，只有当相邻两晶面的反射线因叠加而加强
时才有反射；如果叠加相消，便不能发生反射，即反射是
有选择性的。布拉格父子根据这一想法进行了数学演算，
伦琴在他的论文中还指出，X射线能使亚铂氰酸 钡等荧光物质发出荧光，能使照相底片被感光以及 气体发生电离等。 X射线的这些性质很快就首先在 医学和工程探伤上得到应用，且至今不衰。
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复合材料测试方法
第一章
在X射线发现后的17年里，人们对X射线的本质一直 没有深入全面的了解。当时有人认为X射线是快速运动的 微小粒子束， 与电子束相似；也有人认为X射线是一种 电磁破，同光波、无线电波一样，只不过波长很短而已。 这个问题经过多年的研究都未得出肯定的结果。
E＝h ·ν =h·c／λ P＝h／λ ＝h·ν／c 式中： h为普朗克常数，等于6.626×10-34J·s c为光在真空中的传播速度，等于2.998×1010cm/s
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复合材料测试方法
第一章
波粒二象性是X射线的客观属性。但是，在一定条 件下，可能只有某一方面的属性表现得比较明显，而当 条件改变时，可能使另一方面的属性表现得比较明显。 例如，X射线在传播过程中发生的干涉、衍射现象就突 出地表现出它的波动特性，而在和物质相互作用交换能 量时，就突出地表现出它的微粒特性。
可以用时间和空间展开的数学形式来描述，也可以用在 统计上确定的时间和位置出现的粒子来描述。因此，必 须同时接受波动和微粒两种模型。强调其中的哪一种模 型来描述所发生的现象要看具体的情况而定。但是，由 于X射线的波长较短，它的粒子性表现得比较突出。
第一章
伦琴、劳厄和布拉格的工作，为人们以后从事X射
线衍射和X射线光谱研究奠定了理论和实验基础。 他们杰出的工作对X射线学发展的整个进程都具有
重要的指导意义，所以伦琴、劳厄和布拉格分别在1901 年、 1914年、1915年均获得诺贝尔奖。
2. X射线的性质 劳厄的实验指出，X射线是一种波长很短的电磁波，
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第一章
第一章 X射线衍射分析
第一节 X射线的产生及其性质 1. X射线的发现和X射线学的发展过程 1895年，德国物理学家伦琴(W.C.Rontgen，1845-
1923年)在实验中偶然发现，放在阴极射线管附近密封 好的照相底片被感光。
伦琴当时就断言，这种现象必定是一种不可见的未 知射线作用的结果。由于当时没有找到更适当的名称来 称呼这种射线。伦琴就以数学上常用的未知数X作为它 的代名词，给这种射线取名为X射线，也称伦琴射线。
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第一章
伦琴对X射线的性质进行了多方面的观察和实验 后，在他的论文(Nature、1896年)中指出，X射线穿 过物质时会被吸收；原子量及密度不同的物质，对X 射线的吸收情况不一样；轻元素物质对X射线几乎是 透明的，而X射线通过重元素物质时，透明程度明显 地被减弱。X射线的突出特点就是它能穿过不透明物 质。
可见光
红外光 来自分子振动和转动能级的跃迁
波谱区 微波
来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁
无线电波 来自原子核自旋能级的跃迁
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第一章
源自文库
测量其波长通常应用的单位是，国际单位制中的nm。
用于衍射分析的X射线波长为0.05-0.25nm。一般波长短的 X射线称为硬射线．反之称为软X射线。
作为电磁波的X射线，它与可见光和所有的其他基本 粒子一样，同时具有波动及微粒双重特性，简称为波粒二 象性；它的波动性主要表现为以一定的频率和波长在空间 传播；它的微粒性主要表现为以光子形式辐射和吸收时， 具有一定的质量、能量和动量。X射线的频率ν、波长λ 以及光子的能量E、动量P之间存在如下的关系：
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第一章
1908—1911年，巴克拉(C．G．Barkla)发现物质 被X射线照射时，会产生次级X射线。次级X射线由两 部分组成，一部分与初级X射线相同，另一部分与被 照射物质组成的元素有关，即每种元素都能发射出各 自的X射线。巴克拉称这种与物质元素有关的射线的 谱线为标识谱(或特征X射线谱），并对这些谱线分别 以K，L，M，N，O，……等命名，以便区分。巴克拉 同时还发现不同元素的X射线吸收谱具有不同的吸收 限。经巴克拉严格测定的X射线谱为后来的德国物理 学家劳厄的实验研究提供了方便条件。
1912年，劳厄(M . V. Laue)等人，在前人研究的基础 上，提出了X射线是电磁波的假设。劳厄假定这种电磁波 的波长仅是原子线度的十分之一。当时晶体点阵理论已经 成熟，劳厄对比了晶体点阵与平面光栅空间周期性的共同 特点，推测波长与晶面间距(晶体中相邻两原子间的距离) 相近的X射线通过晶体时，必定会发生衍射现象。这个假 设被著名物理学家索末菲的助手弗里德利希实验证实。
波长范围约0.001—l0nm。在电磁波谱上它处于紫外线 和γ射线之间(见图）。
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电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列
γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波
高能辐射区 γ射线 能量最高，来自于核能级跃迁
波长
χ射线 来自内层电子能级的跃迁
光学光谱区 紫外光 来自原子和分子外层电子能级的跃迁
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复合材料测试方法
第一章
第1章 X射线衍射分析 第一节 X射线的产生及性质 1. X射线的发现和X射线学的发展过程 2. X射线的性质 3. 产生X射线的条件 4. 连续X射线谱 5. 特征X射线谱 第二节 X射线与物质的作用 第三节 X射线衍射原理 第四节 X射线衍射分析方法 第五节 X射线衍射分析的应用
导出了著名公式： 2dsinθ＝nλ
这个公式就是著名的布拉格定律。这为X射线衍射分
析奠定了理论基础。
1913年布拉格根据这一原理，制作出了X射线分光计，
并使用该装置确定了巴克拉提出的某些标识X射线谱的波
长，首次利用X射线衍射的方法测定了NaCl的晶体结构，
从此开始了X射线晶体结构分析的历史。
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第一章
就在劳厄的假定得到验证的同时，英国物理学家布拉
格(Bragg)父子从反射的观点出发，提出了X射线照射在晶
体中一系列相互平行的原子面上将会发生反射的设想。
他们认为，只有当相邻两晶面的反射线因叠加而加强
时才有反射；如果叠加相消，便不能发生反射，即反射是
有选择性的。布拉格父子根据这一想法进行了数学演算，
伦琴在他的论文中还指出，X射线能使亚铂氰酸 钡等荧光物质发出荧光，能使照相底片被感光以及 气体发生电离等。 X射线的这些性质很快就首先在 医学和工程探伤上得到应用，且至今不衰。
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复合材料测试方法
第一章
在X射线发现后的17年里，人们对X射线的本质一直 没有深入全面的了解。当时有人认为X射线是快速运动的 微小粒子束， 与电子束相似；也有人认为X射线是一种 电磁破，同光波、无线电波一样，只不过波长很短而已。 这个问题经过多年的研究都未得出肯定的结果。
E＝h ·ν =h·c／λ P＝h／λ ＝h·ν／c 式中： h为普朗克常数，等于6.626×10-34J·s c为光在真空中的传播速度，等于2.998×1010cm/s
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第一章
波粒二象性是X射线的客观属性。但是，在一定条 件下，可能只有某一方面的属性表现得比较明显，而当 条件改变时，可能使另一方面的属性表现得比较明显。 例如，X射线在传播过程中发生的干涉、衍射现象就突 出地表现出它的波动特性，而在和物质相互作用交换能 量时，就突出地表现出它的微粒特性。