同济材料研究方法第三章-复习
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 若是多物相分析，则在上步完成后对剩余的衍射线重新根据相对 强度排序，重复以上步骤，直至全部衍射线能基本得到解释。
X射线物相定量分析
物相定量分析过程
• 物相鉴定 对样品进行待测物相的相鉴定，过程即为通常的X射线物相定性分析。
• 选择标样物相 无论是内标法或是外标法，通常均应选择标样物相。而对标样物相的要求 必须理化性能稳定，与待测物相衍射线无干扰，在混合及制样时，不易引 起晶体的择优取向。
德拜-谢乐照相
粉末衍射图的形成
粉末照相法
德拜-谢乐照相是圆筒相机。德拜照 相衍射花样与平板照相的相同，但德 拜相机是圆筒形，底片是长条状，紧 靠着相机弯成圆形，底片与衍射圆锥 相交成一对一对弧，所以德拜照相不 但能记录到透射区的衍射，而且也能 记录到背射区（2＞90）的衍射。 聚合物X射线衍射，在背射区（2＞ 90）很少有衍射条出现。 • 底片安装方法有正装法、反装法和
连续X射线谱
X射线的物理基础
图3-3 各管电压下W的连续谱
特征X射线
特征X射线为一线性光谱， 由若干互相分离且具有特定波 长的谱线组成，其强度大大超 过连续谱线的强度，并迭加于 连续谱线之上。这些谱线不随 X射线光管的工作条件而变， 只决定于阳极物质，如图
X射线的物理基础
图3-4 Mo靶X光管发出X光谱强度（35kV时）
平板照相法 德拜-谢乐法 聚焦法（不讲） 回转晶体法（单晶，不讲）
平板照相
粉末照相法
在聚合物X射线衍射研究中，平板照相 是很有用的方法，因为一般情况下， 如Cu靶，聚合物衍射都在低角区（2 ＜90），特别是出现在2小于50以下 的角度区域，平板照相正好可以得到 这部分衍射花样。在通常情况下，无 取向聚合物结晶样品是由晶区（粒） 很小的多晶组成，总会有某些晶粒的 （hkl）点阵面与入射线夹角处在满足 Bragg方程位置，这些衍射线形成一个 衍射圆锥，圆锥以入射线方向为轴， 半圆锥角等于2（如图）。当衍射圆 锥和垂直入射X射线的平板底片相遇时， 使底片感官形成衍射环。不同(hkl）点 阵面所产生的衍射，形成一系列同心 圆。
由于一般L系、M系标识X射线波长较长，强度很弱，因此在 衍射分析工作中，主要使用K系标识X射线
X射线与物质的作用
X射线的物理基础
图3－5为X射线经过物质时与物质作用示意图。
X射线的散射
X射线的物理基础
X射线与物质相互作用时，除了可能被物质吸收外，还 可能被物质散射。
图3－12为M。K辐射投射到石墨上所 发生的散射线光谱图，散射角为90。 由图可见，在偏离原射线束90o方向出 现了MOKa1，MOKa2和MoK辐射，这 些辐射不改变波长。此外，在散射光谱 图中还出现A,B两个峰，这两个辐射峰 在原线束中不存在，而且会随着不同投 射物质而改变其波长，这些辐射被称为 康普顿散射。
X射线衍射仪法在聚合物研究中的应用
聚合物物相分析
• 高聚物物相分析是为了确定待测样品的结构状态，同时也 确定了物质，确定是晶态还是非晶态，是单相还是多相共 存，多相共存时，组成相含量是多少。前者为定性分析， 后者为定量分析。
• 由于聚合物样品在通常情况下往往晶态和非晶态共存，而 且晶相的晶区小，有序性差（缺陷严重），使X射线衍射 线条宽化。又常常由于聚合物成分（主要是轻元素）、结 构状态（晶胞较大，有序性差）等原因，使X射线衍射线 条只在低角度有少数线条存在，许多情况只有一、二条 线。所以在聚合物定性物相分析时，不仅要考虑d值（晶 体点阵面间距）和衍射强度，而且还要考虑整个衍射曲线 （包括非晶部分）的线形，非晶态衍射曲线（晕环）形状 和极大强度所在位置。
不对称法等 。
• 试样：粉末，压成直径为 0.3mm~0.6mm，长度为1cm的细 圆柱状。
• 粉末粒度：10-3~10-5cm。
X射线物相定性分析
X射线物相定性分析
• 定性物相分析的目的是判定物质中的物相组成，也即确定物 质中所包含的结晶物质以何种结晶状态存在。
• X射线衍射线的位置取决于晶胞形状、大小，也取决于各晶 面间距；
布喇格方程
X射线衍射原理
图3-15 面网“反射”X射线的条 件
n称为衍射级数。 当n＝1时，相邻两晶面的“反射线” 的光程差为 1个波长，称为 1级衍 射；
n＝2时，相邻两晶面的“反射线” 的光程差为 2，产生 2级衍；… 相邻两晶面的“反射线”之光程差 为n产生n级衍射。
X射线衍射原理
布喇格方程讨论
晶体取向的测定
X射线衍射晶体结构分析
• 材料在生产或加工过程中，晶粒（或晶质部分）的取向呈现出某种程 度的规则分布，这种现象我们称其为择优取向，而具有择优取向的组 织结构称为织构。
• 测定晶体取向方法有多种，常用的是腐蚀性法、激光定向法和X射线 衍射法。
• 晶体的取向度，在X射线衍射定向法中通常可采用极图、反极图及三 维取向分布函数来表征。X射线衍射定向法，就是采用劳厄法或衍射 定向仪法来测定晶体的极图、反极图或晶体三维取向分布函数。
X射线的物理基础
K系标识X射线：
对于从L，M，N… 壳层中的电子跃入K壳层空位时所释放 的X射线，分别称之为K 、 K 、 K…谱线，共同构成K 系标识X射线。
L系、M系…标识X射线
L壳层、M壳层…电于被激发时,就会产生L系、M系…标识 X射线.
原子的特征X射线:
由K系、 L系、M系…标识X射线一起构成。
X射线物相定性分析
• 首先用粉末照相法或粉末衍射法获取被测试样物相的衍射图样。
• 通过对所获衍射图样的分析和计算，获得各衍射线条的2，d及 相对强度大小I／I。目前，一般的衍射仪均由计算机直接给出所 测物相衍射线条的d值。
• 使用检索手册，查寻物相PDF卡片号。 （根据需要使用字母检索、Hanawalt检索或Fink检索手册，查 寻物相PDF卡片号。一般常采用Hanawalt检索，用最强线d值判 定卡片所处的大组，用次强线d值判定卡片所在位置，最后用8 条强线d值检验判断结果。若8强线d值均已基本符合，则可根据 手册提供的物相卡片号在卡片库中取出此PDF卡片。
平板照相
粉末照相法
从平板照相可以大概计算点阵面间距。 已知试样到底 片的距离为D，某一（hkl）衍射的衍射环半径为L， 可以得到：
tg 2 L
D
由L和D求出角，再由Bragg公式求出点阵面间距dhkl。 此法由于试样到底片的距离很难测准，角计算误差较 大，因此d值的误差也较大。此法主要得到取向、结晶等 结构信息。精确测定和计算可用德拜照相法。
• 进行定标曲线的测定或Ksj测定 选择的标样物相与纯的待测物相按要求制成混合试样，选定标样物相及待 测物相的衍射线，测定其强度相对强度，对照定标曲线或Ksj值。
• 测定试样中标准物相j的强度或测定按要求制备试样中的待检物相j及标样S 物相指定衍射线的强度。
• 用所测定的数据，按百度文库自的方法计算出待检物相的质量分数 Xj。
X射线的衍射
X射线穿过晶体产生衍射
X射线衍射原理
当一束X射线投射到某一晶体时， 在晶体背后置一照相底片，发现在 底片上存在有规律分布的斑点，如 图所示。X射线作为一电磁波投射 到晶体中时，会受到晶体中原子的 散射，而散射波就好象是从原子中 心发出，每一个从原子中心发出的 散射波又好比是一个源球面波。由 于原子在晶体中是周期排列的,这些 散射球面波之间存在着固定的位相 关系,在空间产生干涉,在某些地方 波相互加强,某些地方相互抵消,因 而产生衍射斑点.
3、晶体中有可能参加反射的晶面族也是有限的，当入射线一定时 只有 d/2的那些晶面在满足Bragg方程时才能产生衍射。
布喇格方程讨论
X射线衍射原理
4、在常规的衍射工作中，往往将晶面族（hkl）的n级衍射作为假 想晶面族（nh，nk，nl）的一级衍射来考虑。布喇格方程改写为
即：
X射线衍射原理
布喇格方程应用
• X射线衍射定向仪法，一般对细晶粒材料的定向测定较为优越。根据 对试样的扫测方式不同，又可分为透射法和反射法两种。
• 晶粒定向度的测定，实质也就是极图的测定及分析，在通常情况下， 利用透射法与反射法测得的数据组成一个完整的正极图。然后，根据 极图对材料的取向进行定量分析。（详见p131)
X射线衍射结构分析的应用
1、散射线、入射线与原子面法线共面，且散射线与原子面的夹角 等于人射线与原子面夹角，方向上的散射线满足“光学镜面反射” 条件时，各原子的散射波将具有相同的位相，干涉结果产生加强， 相邻两原子A和B的散射波光程差为零，相邻面网的“反射”线 光程差为入射波长的整数倍，所以人们也习惯地把X射线的衍 射称为X射线的反射。
• X射线衍射结构分析在金属中的应用 可以采用尝试法确定金属的晶系，计算晶格常数；
• X射线衍射结构分析在无机非金属材料中的应用 （1）采用尝试法研究晶态无机非金属材料的晶体结构； （2）采用分析衍射曲线（散射曲线）的径向分布函数来 获得玻璃结构单位内原子的间距，从而推测玻璃的结 构。
• X射线衍射分析在高分子材料中的应用 （1）物相分析； （2）采用极图分析高分子材料的取向； （3）计算晶面间距，确定晶型。 （4）测定聚合物的结晶度。
X射线衍射仪法在聚合物研究中的应用
定性物相分析的原理和一般方法
•原则上说，每一种结晶物质都有其特定的结构参数，包 括点阵类型、晶胞大小、晶胞形状、晶胞中原子种类及位 置等，与这些结构有关的信息都会在衍射花样中得到体现， 首先表现在衍射线条数目、位置及其强度上，如同指纹， 反应每种物质的特征。因而可以根据衍射线条位置（波长 一定，2角就一定，它决定于结构的点阵面的d值）和强 度确定物相。对于聚合物材料来说，还应考虑整个X射线 衍射曲线，因为聚合物X射线衍射曲线的非晶态衍射晕环 （漫散峰）极大处位置、峰的形状也是反映材料结构特征 的信息，用这个峰位2角所求出的d值。
• 衍射线的相对强度则取决于晶胞内原子的种类、数目及排列 方式，每种晶体物质都有其特有的结构，因而它们也就具有 各自特有的衍射花样；
• 当物质中包含有两种或两种以上的晶体物质时，它们的衍射 花样也不会相互干涉。
• 根据这些表征各自晶体的衍射花样，我们就能来确定物质中 的晶体。
X射线物相定性分析过程
2、产生衍射的极限条件： 因为入射角sin1，所以：n 2d，对衍射而言n的最小值为1， 所以在任何可观测的衍射角下产生衍射的极限条件是； 2d。 也就是说，能被晶体衍射的电磁波的波长必须小于晶面中 最大 面间距的二倍。但是波长过短会导致衍射角过小，使衍射现 象 难以观察，也不宜使用。因此实际衍射分析用的X射线波长应 与晶体的晶格常数较接近。常用X射线衍射的波长为： 2.5~0.5Å。
同步辐射X射线源
X射线的物理基础
加速运动的电子会辐射电磁波。在电子同步加速器中， 将电子加速到数千兆电子伏，并使其在电子储存环的强大磁 场偏转力的作用下作圆周运动，在圆周的切线方向产生包括 从红外区域至硬X射线的各个频段的辐射，这种辐射简称为 同步辐射，所产生的辐射同时也包括了波长为0.1A~400A的 连续X射线。
主要内容
第三章 X射线衍射分 析
• X射线的物理基础 • X射线衍射原理（布拉格方程） • 样品制备及实验方法 • X射线衍射方法在材料研究中的应用
X射线的产生
高速运动的电子流
射线 X射线 中子流
高能辐射流
X射线的物理基础
在突然被减速时均 能产生X射线
X射线管
X射线的物理基础
图3-2 X射线管示意图
同步辐射的主要特点是：强度高，其X射线的强度可为 常规X射线机的103~104倍，因此，衍射实验所需曝光时间很 短；准直性好，发散度小．稳定性好，是完全的平面偏振波。
X射线谱 X射线谱
X射线的物理基础
连续谱：强度随波长连续变化的连续谱。 （见图3-3）
特征谱：波长一定、强度很大的特征谱特 征谱只有当管电压超过一定值Vk （激发电压）时才会产生，而且， 这种特征谱与X射线光管的工作条 件无关，只取决于光管的阳极靶材 料，不同的靶材具有其特有的特征 谱线。因此，我们又将此特征谱线 称之为标识谱，即可以来标识物质 元素。
1、利用已知波长的特征X射线，通过测量角， 可以计算出晶面间距d---结构分析 （structure ananylsis)
2、利用已知晶面间距d的晶体，通过测量角， 从而计算出未知X射线的波长---X射线光谱学 （X-ray spectroscopy）
X射线衍射实验方法
粉末照相法
（将一束近平行 的单色X射线投 射到多晶样品上， 用照相底片记录 衍射线束强度和 方向的一种实验 方法。）
X射线物相定量分析
物相定量分析过程
• 物相鉴定 对样品进行待测物相的相鉴定，过程即为通常的X射线物相定性分析。
• 选择标样物相 无论是内标法或是外标法，通常均应选择标样物相。而对标样物相的要求 必须理化性能稳定，与待测物相衍射线无干扰，在混合及制样时，不易引 起晶体的择优取向。
德拜-谢乐照相
粉末衍射图的形成
粉末照相法
德拜-谢乐照相是圆筒相机。德拜照 相衍射花样与平板照相的相同，但德 拜相机是圆筒形，底片是长条状，紧 靠着相机弯成圆形，底片与衍射圆锥 相交成一对一对弧，所以德拜照相不 但能记录到透射区的衍射，而且也能 记录到背射区（2＞90）的衍射。 聚合物X射线衍射，在背射区（2＞ 90）很少有衍射条出现。 • 底片安装方法有正装法、反装法和
连续X射线谱
X射线的物理基础
图3-3 各管电压下W的连续谱
特征X射线
特征X射线为一线性光谱， 由若干互相分离且具有特定波 长的谱线组成，其强度大大超 过连续谱线的强度，并迭加于 连续谱线之上。这些谱线不随 X射线光管的工作条件而变， 只决定于阳极物质，如图
X射线的物理基础
图3-4 Mo靶X光管发出X光谱强度（35kV时）
平板照相法 德拜-谢乐法 聚焦法（不讲） 回转晶体法（单晶，不讲）
平板照相
粉末照相法
在聚合物X射线衍射研究中，平板照相 是很有用的方法，因为一般情况下， 如Cu靶，聚合物衍射都在低角区（2 ＜90），特别是出现在2小于50以下 的角度区域，平板照相正好可以得到 这部分衍射花样。在通常情况下，无 取向聚合物结晶样品是由晶区（粒） 很小的多晶组成，总会有某些晶粒的 （hkl）点阵面与入射线夹角处在满足 Bragg方程位置，这些衍射线形成一个 衍射圆锥，圆锥以入射线方向为轴， 半圆锥角等于2（如图）。当衍射圆 锥和垂直入射X射线的平板底片相遇时， 使底片感官形成衍射环。不同(hkl）点 阵面所产生的衍射，形成一系列同心 圆。
由于一般L系、M系标识X射线波长较长，强度很弱，因此在 衍射分析工作中，主要使用K系标识X射线
X射线与物质的作用
X射线的物理基础
图3－5为X射线经过物质时与物质作用示意图。
X射线的散射
X射线的物理基础
X射线与物质相互作用时，除了可能被物质吸收外，还 可能被物质散射。
图3－12为M。K辐射投射到石墨上所 发生的散射线光谱图，散射角为90。 由图可见，在偏离原射线束90o方向出 现了MOKa1，MOKa2和MoK辐射，这 些辐射不改变波长。此外，在散射光谱 图中还出现A,B两个峰，这两个辐射峰 在原线束中不存在，而且会随着不同投 射物质而改变其波长，这些辐射被称为 康普顿散射。
X射线衍射仪法在聚合物研究中的应用
聚合物物相分析
• 高聚物物相分析是为了确定待测样品的结构状态，同时也 确定了物质，确定是晶态还是非晶态，是单相还是多相共 存，多相共存时，组成相含量是多少。前者为定性分析， 后者为定量分析。
• 由于聚合物样品在通常情况下往往晶态和非晶态共存，而 且晶相的晶区小，有序性差（缺陷严重），使X射线衍射 线条宽化。又常常由于聚合物成分（主要是轻元素）、结 构状态（晶胞较大，有序性差）等原因，使X射线衍射线 条只在低角度有少数线条存在，许多情况只有一、二条 线。所以在聚合物定性物相分析时，不仅要考虑d值（晶 体点阵面间距）和衍射强度，而且还要考虑整个衍射曲线 （包括非晶部分）的线形，非晶态衍射曲线（晕环）形状 和极大强度所在位置。
不对称法等 。
• 试样：粉末，压成直径为 0.3mm~0.6mm，长度为1cm的细 圆柱状。
• 粉末粒度：10-3~10-5cm。
X射线物相定性分析
X射线物相定性分析
• 定性物相分析的目的是判定物质中的物相组成，也即确定物 质中所包含的结晶物质以何种结晶状态存在。
• X射线衍射线的位置取决于晶胞形状、大小，也取决于各晶 面间距；
布喇格方程
X射线衍射原理
图3-15 面网“反射”X射线的条 件
n称为衍射级数。 当n＝1时，相邻两晶面的“反射线” 的光程差为 1个波长，称为 1级衍 射；
n＝2时，相邻两晶面的“反射线” 的光程差为 2，产生 2级衍；… 相邻两晶面的“反射线”之光程差 为n产生n级衍射。
X射线衍射原理
布喇格方程讨论
晶体取向的测定
X射线衍射晶体结构分析
• 材料在生产或加工过程中，晶粒（或晶质部分）的取向呈现出某种程 度的规则分布，这种现象我们称其为择优取向，而具有择优取向的组 织结构称为织构。
• 测定晶体取向方法有多种，常用的是腐蚀性法、激光定向法和X射线 衍射法。
• 晶体的取向度，在X射线衍射定向法中通常可采用极图、反极图及三 维取向分布函数来表征。X射线衍射定向法，就是采用劳厄法或衍射 定向仪法来测定晶体的极图、反极图或晶体三维取向分布函数。
X射线的物理基础
K系标识X射线：
对于从L，M，N… 壳层中的电子跃入K壳层空位时所释放 的X射线，分别称之为K 、 K 、 K…谱线，共同构成K 系标识X射线。
L系、M系…标识X射线
L壳层、M壳层…电于被激发时,就会产生L系、M系…标识 X射线.
原子的特征X射线:
由K系、 L系、M系…标识X射线一起构成。
X射线物相定性分析
• 首先用粉末照相法或粉末衍射法获取被测试样物相的衍射图样。
• 通过对所获衍射图样的分析和计算，获得各衍射线条的2，d及 相对强度大小I／I。目前，一般的衍射仪均由计算机直接给出所 测物相衍射线条的d值。
• 使用检索手册，查寻物相PDF卡片号。 （根据需要使用字母检索、Hanawalt检索或Fink检索手册，查 寻物相PDF卡片号。一般常采用Hanawalt检索，用最强线d值判 定卡片所处的大组，用次强线d值判定卡片所在位置，最后用8 条强线d值检验判断结果。若8强线d值均已基本符合，则可根据 手册提供的物相卡片号在卡片库中取出此PDF卡片。
平板照相
粉末照相法
从平板照相可以大概计算点阵面间距。 已知试样到底 片的距离为D，某一（hkl）衍射的衍射环半径为L， 可以得到：
tg 2 L
D
由L和D求出角，再由Bragg公式求出点阵面间距dhkl。 此法由于试样到底片的距离很难测准，角计算误差较 大，因此d值的误差也较大。此法主要得到取向、结晶等 结构信息。精确测定和计算可用德拜照相法。
• 进行定标曲线的测定或Ksj测定 选择的标样物相与纯的待测物相按要求制成混合试样，选定标样物相及待 测物相的衍射线，测定其强度相对强度，对照定标曲线或Ksj值。
• 测定试样中标准物相j的强度或测定按要求制备试样中的待检物相j及标样S 物相指定衍射线的强度。
• 用所测定的数据，按百度文库自的方法计算出待检物相的质量分数 Xj。
X射线的衍射
X射线穿过晶体产生衍射
X射线衍射原理
当一束X射线投射到某一晶体时， 在晶体背后置一照相底片，发现在 底片上存在有规律分布的斑点，如 图所示。X射线作为一电磁波投射 到晶体中时，会受到晶体中原子的 散射，而散射波就好象是从原子中 心发出，每一个从原子中心发出的 散射波又好比是一个源球面波。由 于原子在晶体中是周期排列的,这些 散射球面波之间存在着固定的位相 关系,在空间产生干涉,在某些地方 波相互加强,某些地方相互抵消,因 而产生衍射斑点.
3、晶体中有可能参加反射的晶面族也是有限的，当入射线一定时 只有 d/2的那些晶面在满足Bragg方程时才能产生衍射。
布喇格方程讨论
X射线衍射原理
4、在常规的衍射工作中，往往将晶面族（hkl）的n级衍射作为假 想晶面族（nh，nk，nl）的一级衍射来考虑。布喇格方程改写为
即：
X射线衍射原理
布喇格方程应用
• X射线衍射定向仪法，一般对细晶粒材料的定向测定较为优越。根据 对试样的扫测方式不同，又可分为透射法和反射法两种。
• 晶粒定向度的测定，实质也就是极图的测定及分析，在通常情况下， 利用透射法与反射法测得的数据组成一个完整的正极图。然后，根据 极图对材料的取向进行定量分析。（详见p131)
X射线衍射结构分析的应用
1、散射线、入射线与原子面法线共面，且散射线与原子面的夹角 等于人射线与原子面夹角，方向上的散射线满足“光学镜面反射” 条件时，各原子的散射波将具有相同的位相，干涉结果产生加强， 相邻两原子A和B的散射波光程差为零，相邻面网的“反射”线 光程差为入射波长的整数倍，所以人们也习惯地把X射线的衍 射称为X射线的反射。
• X射线衍射结构分析在金属中的应用 可以采用尝试法确定金属的晶系，计算晶格常数；
• X射线衍射结构分析在无机非金属材料中的应用 （1）采用尝试法研究晶态无机非金属材料的晶体结构； （2）采用分析衍射曲线（散射曲线）的径向分布函数来 获得玻璃结构单位内原子的间距，从而推测玻璃的结 构。
• X射线衍射分析在高分子材料中的应用 （1）物相分析； （2）采用极图分析高分子材料的取向； （3）计算晶面间距，确定晶型。 （4）测定聚合物的结晶度。
X射线衍射仪法在聚合物研究中的应用
定性物相分析的原理和一般方法
•原则上说，每一种结晶物质都有其特定的结构参数，包 括点阵类型、晶胞大小、晶胞形状、晶胞中原子种类及位 置等，与这些结构有关的信息都会在衍射花样中得到体现， 首先表现在衍射线条数目、位置及其强度上，如同指纹， 反应每种物质的特征。因而可以根据衍射线条位置（波长 一定，2角就一定，它决定于结构的点阵面的d值）和强 度确定物相。对于聚合物材料来说，还应考虑整个X射线 衍射曲线，因为聚合物X射线衍射曲线的非晶态衍射晕环 （漫散峰）极大处位置、峰的形状也是反映材料结构特征 的信息，用这个峰位2角所求出的d值。
• 衍射线的相对强度则取决于晶胞内原子的种类、数目及排列 方式，每种晶体物质都有其特有的结构，因而它们也就具有 各自特有的衍射花样；
• 当物质中包含有两种或两种以上的晶体物质时，它们的衍射 花样也不会相互干涉。
• 根据这些表征各自晶体的衍射花样，我们就能来确定物质中 的晶体。
X射线物相定性分析过程
2、产生衍射的极限条件： 因为入射角sin1，所以：n 2d，对衍射而言n的最小值为1， 所以在任何可观测的衍射角下产生衍射的极限条件是； 2d。 也就是说，能被晶体衍射的电磁波的波长必须小于晶面中 最大 面间距的二倍。但是波长过短会导致衍射角过小，使衍射现 象 难以观察，也不宜使用。因此实际衍射分析用的X射线波长应 与晶体的晶格常数较接近。常用X射线衍射的波长为： 2.5~0.5Å。
同步辐射X射线源
X射线的物理基础
加速运动的电子会辐射电磁波。在电子同步加速器中， 将电子加速到数千兆电子伏，并使其在电子储存环的强大磁 场偏转力的作用下作圆周运动，在圆周的切线方向产生包括 从红外区域至硬X射线的各个频段的辐射，这种辐射简称为 同步辐射，所产生的辐射同时也包括了波长为0.1A~400A的 连续X射线。
主要内容
第三章 X射线衍射分 析
• X射线的物理基础 • X射线衍射原理（布拉格方程） • 样品制备及实验方法 • X射线衍射方法在材料研究中的应用
X射线的产生
高速运动的电子流
射线 X射线 中子流
高能辐射流
X射线的物理基础
在突然被减速时均 能产生X射线
X射线管
X射线的物理基础
图3-2 X射线管示意图
同步辐射的主要特点是：强度高，其X射线的强度可为 常规X射线机的103~104倍，因此，衍射实验所需曝光时间很 短；准直性好，发散度小．稳定性好，是完全的平面偏振波。
X射线谱 X射线谱
X射线的物理基础
连续谱：强度随波长连续变化的连续谱。 （见图3-3）
特征谱：波长一定、强度很大的特征谱特 征谱只有当管电压超过一定值Vk （激发电压）时才会产生，而且， 这种特征谱与X射线光管的工作条 件无关，只取决于光管的阳极靶材 料，不同的靶材具有其特有的特征 谱线。因此，我们又将此特征谱线 称之为标识谱，即可以来标识物质 元素。
1、利用已知波长的特征X射线，通过测量角， 可以计算出晶面间距d---结构分析 （structure ananylsis)
2、利用已知晶面间距d的晶体，通过测量角， 从而计算出未知X射线的波长---X射线光谱学 （X-ray spectroscopy）
X射线衍射实验方法
粉末照相法
（将一束近平行 的单色X射线投 射到多晶样品上， 用照相底片记录 衍射线束强度和 方向的一种实验 方法。）