《強(qiáng)度與系統(tǒng)消光》PPT課件.ppt

1、1,第一章 X射衍射分析,第一節(jié) 原理和數(shù)據(jù)處理 第二節(jié) X射線強(qiáng)度和系統(tǒng)消光規(guī)律 第三節(jié) 多晶結(jié)構(gòu)分析衍射指數(shù)標(biāo)定 第四節(jié) XRD專題測試,研究生教學(xué),2,強(qiáng)度的表示,絕對(duì)強(qiáng)度是以單位時(shí)間內(nèi)單位面積通過的能量來表示的（通常不用） 積分（累積）強(qiáng)度某一種面網(wǎng)“反射”射線的總數(shù)目用于定量分析、結(jié)構(gòu)分析。（每個(gè)衍射峰下的積分面積該衍射束在單位時(shí)間內(nèi)投射到探測器上的總能量。） 相對(duì)強(qiáng)度指同一衍射圖象中各衍射線強(qiáng)度的比值用于定性分析,3,一、強(qiáng)度及影響因素,1. 積分強(qiáng)度(累積強(qiáng)度),第二節(jié) X射線強(qiáng)度和系統(tǒng)消光規(guī)律,峰值強(qiáng)度：圖中衍射峰峰頂處的強(qiáng)度I最大。 半高寬：圖中衍射峰峰頂高度一半處的衍射線的

2、角寬度B，它可定性表述衍射峰的強(qiáng)度。,4,一、強(qiáng)度及影響因素,積分衍射強(qiáng)度計(jì)算公式,第二節(jié) X射線強(qiáng)度和系統(tǒng)消光規(guī)律,前面三項(xiàng)為物理常數(shù)和儀器常數(shù)， 后六項(xiàng)為與試樣的晶體結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)的因子,結(jié)構(gòu)因子,多重性因子,角度因子,溫度因子,吸收因子,5,在晶體中由于對(duì)稱性的存在，同一晶面族hkl中的各組面網(wǎng)間距相等，其衍射線重合。,影響因素（）粉末法的重復(fù)性因子P,6,由洛倫茲因子1/(sin2cos）和 偏振因子（cos22)/2組成 表征強(qiáng)度直接與衍射角有關(guān),德拜 法中，角因子與布拉格角的關(guān)系,（）角因子(),7,(3)吸收因子() 晶體的X射線吸收因子取決于所含元素種類和X射線波長，以及晶

3、體的尺寸和形狀。,(4)溫度因子e-2M 晶體的中原子的熱振動(dòng)，衍射強(qiáng)度受溫度影響，為與原子偏離其平衡位置的均方位移有關(guān)的常數(shù)，由于原子本身在不停地振動(dòng)，溫度越高，振幅越大，原子熱振動(dòng)，引起原子散射因數(shù)減小，強(qiáng)度降低。 常溫下溫度因子可忽略。,8,（）結(jié)構(gòu)因子 Fhkl,晶胞對(duì)X射線的散射是晶胞中各個(gè)原子的散射波疊加的結(jié)果，因此必須考慮各個(gè)原子散射波的振幅和位相兩方面的因素。,9,設(shè)fj是晶胞中第j個(gè)原子的原子散射振幅，j是該原子與位于晶胞原點(diǎn)位置上原子散射波的位相差，則該原子在某方向上的散射振幅為,若晶胞中有n個(gè)原子，則晶胞內(nèi)所有原子相干散射波的合成波振幅Ab為：,10,定義：是指一個(gè)晶胞中

4、所有原子沿某衍射方向(hkl)所散射的X射線的合成波。此合成波的振幅為|Fhkl|，稱為結(jié)構(gòu)振幅。,1） 結(jié)構(gòu)因子 Fhkl,11,由于hkl晶面上的原子（坐標(biāo)為xyz）與原點(diǎn)處原子經(jīng)hkl晶面反射后的位相差，可以由反射面的晶面指數(shù)和原子坐標(biāo)來表示：,因此，對(duì)于hkl晶面的結(jié)構(gòu)因子為：,晶胞對(duì)某hkl衍射強(qiáng)度的決定因素 （1）各原子的散射振幅fj，（2）原子的坐標(biāo)，（3）衍射面的指數(shù)。,復(fù)指數(shù)表達(dá)方式,三角表達(dá)方式,12,二.系統(tǒng)消光規(guī)律,由于FH K L=0而使衍射線消失的現(xiàn)象稱為系統(tǒng)消光。系統(tǒng)消光包括點(diǎn)陣消光和結(jié)構(gòu)消光。 產(chǎn)生衍射的充分條件應(yīng)該是同時(shí)滿足布拉格方程和FH K L0。,在復(fù)雜

5、陣胞中，由于面心或體心上有附加陣點(diǎn)（陣胞中的陣點(diǎn)數(shù)大于1）或者每個(gè)陣點(diǎn)代表兩類以上等同點(diǎn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，會(huì)使某些(HKL)反射的FH K L=0。雖然這些方向仍然滿足衍射條件，但由于衍射強(qiáng)度等于零而觀測不到衍射線。,13,a）原始格子(P) 原子坐標(biāo)為：(0,0,0) 根據(jù)公式 有: Fhkl = f |Fhkl|2= f 2 I = I0Kf2 這時(shí)所有指數(shù)的面網(wǎng)都可以產(chǎn)生衍射。,1.點(diǎn)陣消光,14,b）體心格子（I）： 原子坐標(biāo)為(0,0,0)，(1/2, 1/2,1/2)。 根據(jù)公式:Fhkl = fje2i(h xj + k yj +l zj) 有： Fhkl = f + f e(h+k+

6、l) i 當(dāng)(h+k+l)=偶數(shù)時(shí) Fhkl = 2f， |Fhkl|2=4f 2 當(dāng)(h+k+l)=奇數(shù)時(shí) Fhkl = 0， |Fhkl|2=0 因此對(duì)于體心格子的晶體，(h+k+l)為奇數(shù)的面網(wǎng)不會(huì)產(chǎn)生衍射效應(yīng)，如（001）。,1.點(diǎn)陣消光,15,c）底心格子（ A,B,or C ）心：原子坐標(biāo)為(0,0,0)，（1/2,1/2,0）每個(gè)晶胞中有2個(gè)同類原子原子散射因子為f。 心(0,0,0) (1/2,0,1/2) 心(0,0,0) (0,1/2,1/2) 根據(jù)公式有: Fhkl = f + f e (h+k)i 當(dāng)h+k=偶數(shù)時(shí) Fhkl = 2f， |Fhkl|2=4f 2 有衍射

7、 當(dāng)h+k=奇數(shù)時(shí) Fhkl = 0， |Fhkl|2=0 無衍射 心Fh k l不受 L 的影響，只有當(dāng)h+k為偶數(shù)時(shí)才能產(chǎn)生衍射。,1.點(diǎn)陣消光,16,17,d）面心格子（F）：原子坐標(biāo)為(0,0,0)， (0,1/2,1/2)， (1/2,0,1/2)，(1/2,1/2,0) 根據(jù)公式有: 當(dāng)(h,k,l)全為奇數(shù)或全為偶數(shù)時(shí) Fhkl = 4f， |Fhkl|2=16f 2 當(dāng)(h,k,l)全為奇數(shù)、偶數(shù)混雜時(shí) Fhkl = 0， |Fhkl|2=0 因此對(duì)于面心格子的晶體，(h, k, l) 為奇偶混雜的面網(wǎng)不產(chǎn)生衍射效應(yīng)，如（101）。,1.點(diǎn)陣消光,Fhkl = f + f e

8、i (k+l) +f e i (h+l) + f e i (h+k),18,點(diǎn)陣常數(shù)并沒有參與結(jié)構(gòu)因子的計(jì)算公式。這說明結(jié)構(gòu)因子只與原子品種和在晶胞中位置有關(guān)，而不受晶胞形狀和大小影響。例如，對(duì)體心晶胞，不論是立方晶系、四方晶系還是斜方晶系的體心晶胞的系統(tǒng)消光規(guī)律都是相同的。由此可見，系統(tǒng)消光規(guī)律的適用性是較廣泛的。,19,結(jié)構(gòu)消光,實(shí)際上，除了格子類型外，滑移面、螺旋軸等，也都具有一定的消光規(guī)律。 對(duì)那些由兩類以上等同點(diǎn)構(gòu)成的復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)，除遵循它們所屬的布拉菲點(diǎn)陣消光外，還有附加的消光條件，稱為結(jié)構(gòu)消光。,金剛石結(jié)構(gòu) 金剛石型結(jié)構(gòu)屬于面心立方布拉菲點(diǎn)陣。晶胞中有八個(gè)原子，由A、B兩套相距1

9、/4個(gè)立方體對(duì)角線的面心立方點(diǎn)陣構(gòu)成.,21,當(dāng)h、k、l中有奇有偶時(shí)，則因Ff=0而F=0，衍射消失,當(dāng)h、k、l中全為偶數(shù)時(shí)，且h+k+l=4n，則，,衍射出現(xiàn)并加強(qiáng),當(dāng)h、k、l中全為偶數(shù)時(shí)，且h+k+l=2（2n+1），則,衍射消失,當(dāng)h、k、l中全為奇數(shù)時(shí)，且h+k+l=2n+1，則,衍射出現(xiàn)并加強(qiáng)；,22,PDF卡,23,假定C方向有一根通過原點(diǎn)的一個(gè)二次螺旋軸,沿軸滑移才能對(duì)稱(轉(zhuǎn)180平移1/2C),當(dāng)L=偶數(shù) F00 L0 當(dāng)L=奇數(shù) F00 L =0,二次螺旋軸,有滑移面,螺旋轉(zhuǎn)時(shí):,24,在C方向上有二次螺旋軸2，00L型衍射中L為奇數(shù)時(shí)衍射線消失,表明其有001螺旋軸 若是h00型,h=奇數(shù)時(shí)消光,表明其有100螺旋軸 若是0k0型,k=奇數(shù)時(shí)消光,表明其有010螺旋軸 0kl型 h0l 型 hk0 型 滑移面: (100) (010) (001),25,系統(tǒng)消光分析應(yīng)注意: 按順序進(jìn)行,因?yàn)橐环N消光規(guī)律可以掩蓋另一種消光規(guī)律，如：體心點(diǎn)陣，h+k+l=偶數(shù)時(shí)有衍射，但對(duì)hk0型，不能分析斷定hk0偶數(shù)時(shí)，有二次螺旋軸，也不能斷定有滑移面,26,例MgO,判定空間格子：,面心格子,？,27,Mg： 000， 0， 0 ， 0 ， O： ， 0