现代材料分析方法第二章 X射线衍射分析

衍射分析技术的发展
与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单
年 份 学 科 1901 物理 1914 物理 1915 1917 1924 1937 1954 1962 1962 1964 1985 1986 1994 得奖者 伦琴Wilhelm Conral Rontgen 劳埃Max von Laue 亨利.布拉格Henry Bragg 物理 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg. 物理 巴克拉Charles Glover Barkla 物理 卡尔.西格班Karl Manne Georg Siegbahn 戴维森Clinton Joseph Davisson 物理 汤姆孙George Paget Thomson 化学 鲍林Linus Carl Panling 肯德鲁John Charles Kendrew 化学 帕鲁兹Max Ferdinand Perutz Francis H.C.Crick、JAMES d.Watson、 生理医学 Maurice h.f.Wilkins 化学 Dorothy Crowfoot Hodgkin 霍普特曼Herbert Hauptman 化学 卡尔Jerome Karle 鲁斯卡E.Ruska 物理 宾尼希G.Binnig 罗雷尔H.Rohrer 布罗克豪斯 B.N.Brockhouse 物理 沙尔 C.G.Shull 内 容 X射线的发现 晶体的X射线衍射 晶体结构的X射线分析 元素的特征X射线 X射线光谱学 电子衍射 化学键的本质 蛋白质的结构测定 脱氧核糖核酸DNA测定 青霉素、B12生物晶体测定 直接法解析结构 电子显微镜 扫描隧道显微镜 中子谱学 中子衍射
X射线最早的应用
在X射线发现后几个月 医生就用它来为病人 服务 右图是纪念伦琴发现X 射线100周年发行的纪 念封
伦 琴
李鸿章在X光 被发现后仅7 个月就体验 了此种新技 术，成为拍X 光片检查枪 伤的第一个 中国人。
历史上影响最大的10个实验
X射线的系列实验 霍奇金是研究X射线衍射技术的先驱者，
X射线具有波粒二相性
X射线的本质是电 磁辐射，与可见 光完全相同，仅 是波长短而已， 因此其同样具有 波粒二象性。
(1)波动性 (2)粒子性 相关习题
波动性
X 射线的波长范围 ( 图 1-1) 用于晶体结构分析 用于金属探伤 用于光刻 10~0.001nm 0.25~0.05nm 0.1~0.005 5~0.4nm
粒子性
特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一 定的质量、能量和动量。 表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如 光电效应；二次电子等。 X射线的频率、波长λ及其光子的能量ε、动量 p 之 间 存 在 如 下 关 系 ： h hc p h
式 中 h—— 普 朗 克 常 数 ， 等 于 6.625× 1034 J.s; c——X射线的速度，等于2.998× 1010 cm/s.
第一节 X射线的性质 第二节 X射ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ衍射方向
第三节 X射线衍射强度
第四节 多晶体分析方法
第五节 X射线物相分析
第六节 宏观应力测定
第一节 X射线的性质
伟大的物理学家,X射线发现者-----伦琴 X射线：未知数
1.1 引 言
1895年德国物理学家---“伦琴”发现X射线 1895-1897年伦琴搞清楚了X射线的产生、传播、 穿透力等大部分性质 3. 1901年伦琴获诺贝尔奖（第一人） 4. 1912年劳埃进行了晶体的X射线衍射实验，第 一次将X射线和晶体结构联系起来。一方面证 明了X射线是一种波，另一方面开创了用X射 线研究晶体结构的新领域。 1. 2.

相关习题：
1. 试计算波长 0.71 Å （ Mo-Kα ）和 1.54 Å （Cu- Kα）的X射线束，其频率和每 个量子的能量？
解答
1.3 X射线的产生及X射线管
X射线的产生：
X射线是高速运动的粒子（一 般用电子）与某种物质相撞击 后猝然减速，且与该物质中的 内层电子相互作用而产生的。 产生X射线的原因
硬X射线：波长较短的硬X射线能量较高，穿 透性较强，适用于金属部件的无损探伤及金属 物相分析。 软X射线：波长较长的软X射线能量较低，穿 透性弱，可用于非金属的分析。 X射线波长的度量单位常用埃（Å）或晶体学 单位（kX）表示；通用的国际计量单位中用纳 米（nm）表示，它们之间的换算关系为： 1nm=10 Å =10-9m 1kX=1.0020772±0.000053 Å (1973年值)。
利用x射线对细小晶体进行结构分析
1.2 X射线的本质
X射线的特性
人的肉眼看不见X射线，但X射线能使气体 电离，使照相底片感光，能穿过不透明的 物体，还能使荧光物质发出荧光。 X射线呈直线传播，在电场和磁场中不发生 偏转；当穿过物体时仅部分被散射。 X射线对动物有机体（其中包括对人体）能 产生巨大的生理上的影响，能杀伤生物细 胞。
她利用X射线衍射技术技术成功的揭示 了复杂的化学药品——青霉素的结构。 1928年，科学家亚历山大发现了这种杀 菌药品，科学家们致力于提纯该药品以 便研究出一种可行的治疗方法。通过测 绘青霉素原子的3D排列图，霍奇金研究 出了新的青霉素合成方法，为医生们治 疗感染带来了新的希望。 之后，霍奇金 采用同样的技术，研究明白了维生素 B12的结构。她在1964年获得了诺贝尔 化学奖，这是其他女性无法企及的一项 荣誉。
W.C.Rontgen
布拉格及其所用的试验装置
5.
1912年，英国物理学家布拉格父子利用X射线衍射方法
测定了NaCl晶体结构，并推导出布拉格方程，开始了X 射线晶体结构分析的历史；
6. 7. 8. 1916年，德拜（Debye）、谢乐（Scherrer）提出“粉
末法”；
1928年，盖革（Geiger）首先用记录器来记录X射线， 导致X射线衍射仪的产生； 目前X射线广泛地应用于医学、工程、材料、宇航事业 上。例如：可进行人体探伤，晶体结构分析、无损探伤 等。