材料研究与测试方法 期末完整总结

XRD

1、连续X射线谱与特征X射线谱产生的机理

连续X射线谱: 从阴极发出的电子经高压加速到达阳极靶材时，由于单位

时间内到达的电子数目极大，而且达到靶材的时间和条件各不相同，并且大多

数电子要经过多次碰撞，能量逐步损失掉，因而出现连续变化的波长谱。

特征X射线谱: 从阴极发出的电子在高压加速后，如果电子的能量足够大

而将阳极靶原子中内层电子击出留下空位，原子中其他层电子就会跃迁以填

补该空位，同时将多余的能量以X射线光子的形式释放出来，结果得到具有固

定能量，频率或固定波长的特征X射线。

书上答：原子系统中的电子遵从刨利不相容原理不连续的分布在K、L、M、N等，不同能级的壳层上，而且按能量最低原理从里到外逐层填充。当外来的高速度的粒子动能足够大时，可以将壳层中某个电子击出去，于是在原来的位置出现空位，原子系统的能量升高，处于激发态，这时原子系统就要向低能态转化，即向低能级上的空位跃迁，在跃迁时会有一能量产生，这一能量以光子的形式辐射出来，即特征X射线

2、 X射线谱的种类？各自的特征？

两种类型：连续X射线谱和特征X射线谱

连续X射线谱：具有从某一个最短波长（短波极限）开始的连续的各种波长的X射线。它的强度随管电压V、管电流i和阳极材料原子序数Z的变化而变化。指X射线管中发出的一部分包含各种波长的光的光谱。从管中释放的电子与阳极碰撞的时间和条件各不相同，绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同的辐射，因此出现连续X射线谱

特征X射线谱：也称标识X射线谱，它是由若干特定波长而强度很大的谱线构成的，这种谱线只有当管电压超过一定数值Vk(激发电压)时才能产生，而这种谱线的波长与X射线管的管电压、管电流等工作条件无关，只取决于阳极材料，不同元属制成的阳极将发出不同波长的谱线，并称为特征X射线谱

3、 X射线相干散射与非相干散射现象

相干散射：当X射线与原子中束缚较紧的内层电子相撞时，电子振动时向四周发射电磁波的散射过程。（这些散射波之间复合振动方向相同、频率相同、位相差恒定的光的干涉条件，所以可以发生干涉作用）

非相干散射：当X射线光子与束缚不大的外层电子或价电子或金属晶体中的自由电子相撞时的散射过程。

4、光电子、荧光X射线以及俄歇电子的含义

光电效应：以光子激发原子所发生的激发和辐射过程。

光电子：光电效应中由光子激发所产生的电子（或入射光量子与物质原子中电子相互碰撞时被激发的电子）。

荧光X射线（二次特征X射线）：由X射线激发所产生的特征X射线。

俄歇电子：原子外层电子跃迁填补内层空位后释放能量并产生新的空位，这些能量被包括空位层在内的临近原子或较外层电子吸收，受激发逸出原子的电子叫做俄歇电子。

5、短波限、吸收限

短波限：X射线管不同管电压下的连续谱存在的一个最短波长值。

吸收限：把一特定壳层的电子击出所需要的入射光最长波长。

6、 X射线与物质的如何相互作用的，产生那些物理现象？

X射线与物质的作用是通过X射线光子与物质的电子相互碰撞而实现的。

与物质作用后会产生X射线的散射（弹性散射和非弹性散射），X射线的吸收，光电效应与荧光辐射等现象

7、晶面及晶面间距

晶面：在空间点阵中可以作出相互平行且间距相等的一组平面，使所有的节点均位于这组平面上，各平面的节点分布情况完全相同，这样的节点平面成为

晶面。

晶面间距：两个相邻的平行晶面的垂直距离。

8、晶面间距与点阵常数之间的关系(掌握立方晶系的)。

dhkl=a/sqrt(h2+k2+l2)

9、什么叫X射线的衍射？布拉格方程的表达式？各字母的含义？意义？极限条件？应用？

1）当一束X射线照射到晶体上，晶体中各个原子对X射线的相干散射波干涉叠加的现象叫X射线的衍射。

2）布拉格方程两种表达 1)普通形式：2dsinθ=nλ 2)标准形式：2dHKLsin θ=λ

3）其中d为晶面间距，（HKL）为衍射指数，θ为半衍射角，λ为X射线波长，n为整数，称衍射级数。

4）意义：仅当射向相邻原子面上的入射光程差为波长λ的整数倍时，相邻晶面的反射波才能干涉加强形成衍射线，产生衍射

5）极限条件：（2个）

1、2dsinθ=nλ =sinθ=nλ/(2d) ≤1 = n≤2d/λ当入射线的波长和衍射面选定以后，d和λ的值都定了，可能有的衍射级数n也就确定了，所以一组晶面只能在有限的几个方向上“反射”X射线。

2、对于一定波长λ的X射线而言，晶体中能产生衍射的晶面族数也是有限的

sinθ=nλ/(2d) ≤1 d≥λ/2 也就是说晶面间距大于波长的二分之一的晶面才能产生衍射

6）应用：1、测晶面间距d 2、测X射线波长（利用XRF）已知波长λ的X射线，测定θ角，计算晶体的晶面间距d，结构分析；

已知晶体的晶面间距，测定θ角，计算X射线的波长，X射线光谱学。

10、 反射级数与干涉指数

布拉格方程 表示面间距为d ’的（hkl ）晶面上产生了n 级衍射，n 就是反射级数

干涉指数：当把布拉格方程写成： 时，这是面间距为1/n 的实际上存在或不存在的假想晶面的一级反射，若把这

个晶面叫作干涉面，其间的指数就叫作干涉指数

11、阐述多晶体X 射线衍射强度影响因素及其应用

1）参考P42-P50 影响X 射线衍射强度的因素有如下5项：

①结构因子②角因子包括极化因子和洛仑兹因子③多重性因子④吸收因子⑤温度因子。

2）应用：利用各影响因子对衍射强度的影响，可判断出晶胞内原子的种类，原子个数，原子位置。

结构因子：①消光规律的判断；②金属间化合物的有序度的判断。 角因子：利用谢乐公式研究晶粒尺寸大小；

多重性因子：等同晶面对衍射强度的影响

吸收规律：试样形状和衍射方向的不同，衍射线在试样中穿行的路径便不同，引起吸收效果的不一样。

温度因子：研究晶体的热运动，测定热膨胀系数等。

12、X 射线衍射方法

劳埃法、周转晶体法、粉末法

13、结构因子，系统消光

这种由于原子在晶体中的位置不同或者原子种类不同而引起的某些方向上的衍射线消失的现象，称为“系统消光”。

结构因子是定量表征原子排布以及原子种类对衍射强度影响规律的参数，即晶体结构对衍射强度的影响因子。也称作结构因素。

λθ=Sin n d '2λ

θn Sin d ='2：λ

θn Sin d ='2：