X射线衍射分析原理与应用

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1、主讲：材料学院主讲：材料学院 王庆平王庆平QQ:2538449187TEL:13855412452现代材料分析测试技术现代材料分析测试技术 Modern Methods of Material Testing Techniques 1. X-1. X-射线衍射分析射线衍射分析, , 杨子兴杨子兴 等等, ,上海交大出版社上海交大出版社, 1994, O72/4719, 1994, O72/4719。 2.2.材料工艺中的现代物理技术材料工艺中的现代物理技术, T., T.马维等马维等, ,科学出版社，科学出版社，1984, 1984, O739/8530O739/8530。 3. 3. 物相衍

2、射分析物相衍射分析, , 杨传铮杨传铮 等等, ,冶金出版社冶金出版社,1989,TB3021/4728,1989,TB3021/4728。 4. X4. X光衍射技术基础光衍射技术基础, , 王英华王英华, ,原子能出版社原子能出版社,1987, O71/1042,1987, O71/1042。 5. “5. “材料结构分析基础材料结构分析基础”，余琨等，科学出版社，北京，余琨等，科学出版社，北京，2000, 2000, TB303/8096TB303/8096。 6.6. 热分析及其应用热分析及其应用, ,陈镜泓等陈镜泓等, ,科学出版社科学出版社,1985,O65.798/7483,19

3、85,O65.798/7483。 7. 7. 材料现代分析方法材料现代分析方法, ,左演声等左演声等, ,北工大出版社北工大出版社,2000, TB302/4034,2000, TB302/4034。 8. 8. 扫描电子显微分析技术扫描电子显微分析技术, ,杜学礼杜学礼, ,化工出版社化工出版社,1986,O65735/4493,1986,O65735/4493。 参考文献参考文献前前 言言社会的进步都以一种新材料的发现社会的进步都以一种新材料的发现和发展为其基础和先导。如旧石器和发展为其基础和先导。如旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代。现在进入了光电

4、子时代铁器时代。现在进入了光电子时代（硅材料和激光材料）（硅材料和激光材料）前前 言言原料的组成、矿物组成及颗粒特性依赖“近代测试技术”；材料的加工过程及反应动力学依赖“近代测试技术”；材料的成分、微观结构依赖“近代测试技术”；材料的服役行为研究。近代测试技术主要作用物质的化学组成；物质的结构特点（晶体结构等）；物质的相组成；物质的显微结构特点（相形貌、相颗粒特征、界面特点等）。前言-波与物质的相互作用结构分析的实验方法有一个相似的过程：用某一种波，或说某种粒子，使与被测定对象发生作用，改变被测定对象中的原子或分子的核或电子的某种能态、甚至解离，造成入射波（粒子）的散射、衍射及吸收，入射波的强

5、度会减弱，还会产生不同波长的波或粒子，记录各种波或粒子的强度与波长的关系，或强度与位置的关系，得到各种共振谱、光谱、衍射谱或像，依据已知的这些谱或像与结构的关系，对谱或像进行分析，即可得出各种结构数据。第一章第一章 X射线衍射分析射线衍射分析1.1 X射线物理基础射线物理基础1.2 X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用1.3 X射线在晶体中的衍射射线在晶体中的衍射1.4 X射线衍射线的强度射线衍射线的强度1.5 X射线衍射实验方法射线衍射实验方法1.6 X射线衍射物相分析射线衍射物相分析1.7 X射线衍射其它分析方法射线衍射其它分析方法1.1 X射线物理基础射线物理基础1. X射线的发现

6、射线的发现X射线又名伦琴射线,是德国物理学家:Rntgen Wilhelm Conrad(1845.03.27-1923.2.10)于1895年发现的。伦琴于1895年12月28日向德国维尔茨堡物理学医学学会递交了一篇轰动世界的论文：一种新的射线一种新的射线-初步报初步报告告1901年Rntgen获首届诺贝尔物理学奖。 v 1895年，年，W.C.Roentgen 在研究阴极射线管时发现在研究阴极射线管时发现X射射线。线。X射线透视技术。射线透视技术。 1912年，年，M.Von Laue 以晶体为光栅，发现了以晶体为光栅，发现了X射线的射线的衍射现象，确定了衍射现象，确定了X射线的电磁波性质

7、。射线的电磁波性质。X射线是种电磁射线是种电磁辐射，波长比可见光短，介于紫外与辐射，波长比可见光短，介于紫外与射线之间射线之间, =0.01-100A。 1913年，年，Bragg父子测定了第一个晶体结构（父子测定了第一个晶体结构（NaCl），），提出提出Bragg方程。方程。X射线的产生射线的产生 老式X射线管伦琴拍下的他夫人的手的X射线图X射线波动性的证明射线波动性的证明X射线衍射示意图 铝箔的X射线衍射图像X射线波动性的证明射线波动性的证明1912年,德国物理学家冯.劳厄：Von Laue,Max Theodore Felix（1879.10.9-1960.4.24）认为：晶体是认为：晶

8、体是X射线衍射线衍射实验的理想光棚射实验的理想光棚（1）证明了X射线是电磁波，（2）也第一次从实验上证实了晶体内部质点的 规 则 而 对 称 的 排列。 X射线的本质X射线的性质特点1.肉眼不可见，但能使气体电离，使照相底片感光，肉眼不可见，但能使气体电离，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。能穿过不透明的物体，还能使荧光物质发出荧光。2.呈直线传播，在电场和磁场中不发生偏转；当穿过呈直线传播，在电场和磁场中不发生偏转；当穿过物体时仅部分被散射。物体时仅部分被散射。3.对生物细胞有杀伤作用。对生物细胞有杀伤作用。1) X光不折射，因为所有物质对光不折射，因为所有物质对X

9、光的折光指数都光的折光指数都接近接近1。因此无。因此无X光透镜或光透镜或X光显微镜。光显微镜。X光与可见光的区别光与可见光的区别2) X光无反射。光无反射。3) X光可为重元素所吸收，故可用于医学造影。光可为重元素所吸收，故可用于医学造影。2011ssRnnIIRX射线的本质X射线是一种波长很短的电磁波，波长在射线是一种波长很短的电磁波，波长在108cm左右，具有波动性和粒子性。左右，具有波动性和粒子性。X射线在电磁波谱中的位置电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称 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 射线 能量最高，来自于核能级跃迁 波长 X

10、射线 来自内层电子能级的跃迁光学光谱区 紫外光 来自原子和分子外侧电子能级的跃迁 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选能级跃迁 无线电波 来自原子核自旋能级的跃迁 长 如果所有光波是同相的，即峰值都重合，就称之为相干的，如果所有光波是同相的，即峰值都重合，就称之为相干的，coherent. 非非coherent的光波相互干扰，导致强度的减弱的光波相互干扰，导致强度的减弱. 在同一方向的射线称为准直的（平行的）在同一方向的射线称为准直的（平行的）collimated beam. 电灯泡的光线是发散的电灯泡的光线是发散的, 射向地球的太阳光基本是射向

11、地球的太阳光基本是 collimated . 如果所有光波的频率相同（即波长一致），就之为单色的，如果所有光波的频率相同（即波长一致），就之为单色的，反之为多色的。灯泡是多色的，激光是单色的。反之为多色的。灯泡是多色的，激光是单色的。关于电磁波的三个术语关于电磁波的三个术语X射线的波粒二相性hchhp 波动性：粒子性：X射线的产生由于由于 X-Ray是高能电磁波，必由高能过程产生。是高能电磁波，必由高能过程产生。 1) 电子在高压电场中轰击金属靶；电子在高压电场中轰击金属靶；2) 加速电子或质子，用磁体突然改变其路径；加速电子或质子，用磁体突然改变其路径；3) 在导体中突然改变电子的运动方向；