X射線復習和思考題 一、名詞解釋1、物相分析：確定材料由哪些相組成(即物相定性分析)和確定各組成相的含量(常以體積分數或質量分數表示，即物相定量分析)。2、零層倒易面：屬于同一[uvw]晶帶的各(HKL)晶面對應的倒易矢量r*處于一個平面內.HKL這是一個通過倒易點陣原點的倒易面,稱為零層倒易面。XY射線之間的具有較短波長的電磁波。K5、短波限：電子與靶材相撞，其能量(eV)全部轉變為輻射光子能量，此時光子能量最大、波長最短，因此連續譜有一個下限波長入，即稱為短波限。06、參比強度：參比強度是被測物相與剛玉(a-Al2O3)按1:1重量比混合時，被測相最強線峰。mmmmmm稱單位質量物質對X射線的吸收。這個軸向就稱為晶帶軸。10、二次特征輻射(X射線熒光輻射)：當高能X射線光子擊出被照射物質原子的內層電子后，較外層電子填其空位而產生了次生特征X射線(稱二次特征輻射)。生彈發生相互干涉。二、簡答，論述，計算題1、辨析點陣與陣胞、點陣與晶體結構、陣胞與晶胞的關系。答：(1)點陣與陣胞：點陣是為了描述晶體中原子的排列規則，將每一個原子抽象視為一個幾何點(稱為陣點)，從而得到一個按一定規則排列分布的無數多個陣點組成的空間陣列，幾何圖形(一般為平行六面體)作為點陣的基本單元來表達晶體結構的周期性，稱為陣胞(晶胞)。陣胞在空間的重復堆砌即形成空間點陣。(2)點陣與晶體結構：若將組成晶體的原子(離子、分子等，以下稱為結構基元)置于點陣的各個陣點上，則將還原為晶體結構，即：晶體結構=空間點陣+結構基元。(3)陣胞與晶胞：同一基元結構從不同角度的表達。晶帶軸。定理。abc軸單位矢量。由倒易原點(2)r*HKL的基本性質：HKLHKL②|r*HKL|=1/dHKL(長度為晶面間距的倒數) 波長短、能量大，其主要體現在①穿透能力強。能穿透可見光不能穿透的物質，如生物的軟組織等。②X射線穿過不同媒質時折射和反射極小，仍可視為直線傳播。③通過晶體時發生轉為所發射X射線光子能量(hv)，即hv=E。由于擊靶的電子數目極多，擊靶時穿透的深足夠大，可使靶原子內層產生空位,較外層電子向內層躍遷,產生波長確定的X射線(特征X射線)。(5)應用：連續X射線可以用來晶體定向，特征X射線用來進行物相鑒定和結構測定。射波相互干涉形成原子散射波。(2)衍射：晶體中各原子相干散射波疊加(合成)的結果。(3)反射：入射線照射各原子面產生的反射線實質是各原子面產生的反射方向上的相干散8、X射線與物質相互作用有哪些現象和規律？利用這些現象和規律可以進行哪些科學研究線熒光分析方法的技術基礎。(2)二次特征輻射(X射線熒光輻射)：當高能X射線光子擊出被照射物質原子的內層電子后，較外層電子填其空位而產生了次生特征X射線(稱二次特征輻射)。應用：X射線被物質散射時，產生兩種現象：相干散射和非相干散射。相干散射是X射線衍射分析方法的答：由干涉指數表達的布拉格方程2dhklsin9=n入可知，它反映了衍射線束的方向(9)、波長(入)與晶面間距(d)之間的關系，而晶胞參數決定著晶面間距，所以衍射線束的方向與晶胞的形狀和大小有關。多少？相鄰兩個(HKL)反射線的光程差又是多少？hkl答：相鄰兩個(hkl)反射線的光程差2dsin9=n入hkl相鄰兩個(HKL)反射線的光程差2dHKLsin9=入解：α-Fe為立方系晶體，根據晶面間距公式解：α-Fe為立方系晶體，根據晶面間距公式d=a和(200)面的衍射布拉格角。aa所以d(110)==0.2027nm1+1+04n(110)所以θ (110)(200)所以θ=53.07°所以θ=53.07°(200)(200)12、CuK射線(λ＝0.154nm)照射Cu樣品。已知Cu的點陣常數a＝0.361nm，Kα試分別用布拉格方程與厄瓦爾德圖解法求其(200)反射的θ角。a答：(1)布拉格方程：Cu為立方系晶體，根據晶面間距公式d=(200)(2)厄瓦爾德圖解法：所以θ=25.252°(200)O00④若倒易結點與反射球面相交，則該倒易結點對應的(HKL)面滿足衍射矢量方程產生衍射。⑤從反射球心O到該倒易結點做矢量，該矢量(1/d=5.54)代表該(HKL)面的衍射方向。13、CuK輻射(λ=0.154nm)照射Ag(屬于面心立方點陣)樣品，測得第一衍射峰的位置α所以，d=入所以其第一衍射峰為(111)反射。由面心立方晶格的晶面間距公式d=射線(選擇反射),解釋這種現象發生的原因。Kα(波長=1.54?)射線照射這兩個角度之間未記錄到反d(200)=d(200)=2+0(2)根據布拉格方程：2dsin9=入，0.154與(200)面的d值接近，對應的是(200)面0.154與(220)面的d值接近，對應的是(220)面因為這兩個角度之間未記錄到反射線，所以(200)到(220)面之間沒有衍射線，所以是選答：(l)入射線的波長、入射線與晶面的夾角及面間距的關系符合布拉格方程(2dsin9=面也有可能因為系統消光而不產生衍射束。所以只有當同時滿足布拉格方程(2dsin9=λ)1，0)、(0，1，0)與(1，0，0)四個原子是否可以？如計算面心立方點陣，選擇(0，0，0)、(1，1，0)、(0，1，0)與(1，0，0)四個原子是否可以，為什么？(2)所以在計算體心立方點陣時，由于體心晶胞含有兩個原子，所以基點個數為兩個，根據位置各異原則，原子坐標為(0，0，0)與(,據位置各異原則，原子坐標為(0，0，0)與(,,)，而選擇(0，0，0)、(1，1，0)、(0，1，0)與(1，0，0)四個原子是不可以的，它們是一個簡單立方點陣，且基點位置不(3)計算面心立方點陣時，由于面心晶胞含有四個原子，所以基點個數為四個，根據位置222222(1，1，0)、(0，1，0)與(1，0，0)四個原子是不可以的，它們是一個簡單立方點陣，且基點位置不是各異的。F=fexp[2i(Hx+Ky+Lz)]HKLjjjj得F=fe2i(0+0+0)+fe2i(H/2+K/2+L/2)=f[e2i0+ei(H+K+L)]=f[1+(1)(H+K+L)]HKL由F=f[1+(1)(H+K+L)]HKL20、在試用簡單立方(a=0.300nm)結構的物質所攝得的粉末圖樣上，確定其最初三根線條αKαKLCuKαKα晶面指數為(100)、(110)、(111)根據晶面間距公式d=d(100)==0.3nmd(110)==0.2121nm1+1+01+1+1(111)2d20.1732(111)(111)21、測角儀在采集衍射圖時，如果試樣表面轉到與入射線成30°角，則計數管與入射線所成角度為多少？能產生衍射的晶面，與試樣的自由表面呈何種幾何關系？但衍射線進不了探測器，不能被接收。步轉動，在選定29角范圍，以一定的掃描速度掃測各衍射角對應的衍射強度。優點：掃描衍射儀在工作的過程中，其聚焦圓半徑隨29變化而變化。X射線實驗方法在現代材料研究中有哪些主要應用？織構測定等。24、何為零層倒易截面和晶帶定理？說明同一晶帶中各晶面及其倒易矢量與晶帶軸之間的答：(1)零層倒易截面：屬于同一[uvw]晶帶的各(HKL)晶面對應的倒易矢量r*處于一個平HKL面內，這是一個通過倒易點陣原點的倒易面,稱為零層倒易面。(2)晶帶定理：若晶帶軸的方向指數為[uvw]，晶帶中某晶面的指數為(HKL)，則有uH+vK+wL=0，此公式稱為晶帶定理。(3)若晶帶軸的方向指數為[uvw]，晶帶中某晶面的指數為(HKL)，則(HKL)平行于晶帶軸[uvw]，(HKL)的倒易矢量r*必定垂直于晶帶軸[uvw]。HKL25、說明為什么對于同一材料其λK<λKβ<λKα?答：導致光電效應的X光子能量＝將物質K電子移到原子引力范圍以外所需作的功hvkα=EL–Ek=Wk–WLhvkβ=EM–Ek=Wk–WMEL–Ek<EM–Ek∴λkβ<λkα線光子。相同的是特征X射線與熒光X射線都是由激發態原子中的高能級電子向低能級躍27、為什么說衍射線束的強度與晶胞中原子位置和種類有關？獲得衍射線的充分條件是什Fnfexpi(Hx+Ky+Lz))HKLjjjjj=1(2)獲得衍射線的充分條件是該晶面的結構因子|FHKL|2≠0。(1)樣品制備:樣品碾成粉末，顆粒度小于300目，取約1g粉末放入樣品槽內，用毛玻璃輕壓粉末，使之充滿槽內，輕輕刮去多余的粉末，將樣品，置于測角儀中心。(2)設置參數并進行衍射花樣測量。(3)測量結束后,用分析軟件讀取原始文件。(4)原始文件局部放大。(5)原始文件經過軟件扣除背底,扣除K2,平滑后,尋峰得到待分析圖片。(6)a-用軟件的物相標定功能確定物相，告知軟件已知元素后Search可能的物相。(6)b-軟件將搜索到的可能物相列表顯示出來，再從中人工選出最確定的物相。(7)標定結果。調出PDF卡片，打印后，峰一一對照。(1)實驗條件影響衍射花樣：盡量減少試驗的誤差。以d值為主要依據(檢索時允許d=士(0.01-0.02)?)，相對強度僅作為參考依據。 (2)充分利用有關分析物的化學、物理、力學性質及其加工等各方面的資料信息：對于多除此相各線條數據。(3)重視低角度區域的衍射數據，因為在低角度區，不同晶體差別較大，衍射線相互重疊(4)在進行多相物質的定性分析時，應力求全部數據能合理解釋，但有時也會出現少數衍由于混合物相中，某物相含量太少，只出現一、二根較強線，無法鑒定。(1)原子散射因子f的物理意義：原子散射波振幅與電子散射波振幅之比，即E原子散射波的振幅E自由電子的散射波的振幅f=aE自由電子的散射波的振幅fe(2)結構因子F的物理意義：F=nfexp(2i(Hx+Ky+Lz))，晶胞沿(HKL)HKLjjjjj=1面反射方向的散射波即衍射波F是晶胞所含各原子相應方向上散射波的合成波。結構因子HKL子種類、原子數目、原子坐標有關，不受晶胞形狀和大小影響.E晶胞內全部原子散射波的振幅|FHKL|物理意義：|FHKL|=Eb=一個電子散射波的振幅e德拜法衍射儀法入射光束試樣形狀成像原理衍射線記錄衍射花樣試樣吸收衍射強度特征X入射光束試樣形狀成像原理衍射線記錄衍射花樣試樣吸收衍射強度粉末，細圓柱狀粉末，平板狀布拉格方程布拉格方程用其軸線與樣品軸線重合的圓柱形底輻射探測器片一些衍射弧(對)強度隨衍射角分布曲線，同時吸收所有衍射逐一接受衍射sincos相(sin29cos9)2psincos相(sin29cos9)2pX射線衍射儀X射線衍射儀貴，使用條件要求高。樣品量太大德拜相機慢，不易分辨靠得很近的弧線；樣品極其微量用常用于定性，定量，相結構分析。33、寫出簡單P點陣，體心I點陣，面心F點陣的系統消光規律以及他們第一條衍射線的第第一條衍射線的干涉指數(100)(110)(111)(001)產生衍射全部H+K+L為偶數H、K、L全為奇數或全為偶數產生系統消光無H+K+L為奇數點陣類型簡單P點陣體心I點陣面心F點陣dI衍射花樣的d-I數據組(PDF卡片)進行對比，從而鑒定出試樣中存在的物相。靶樣靶樣靶樣答：(1)選靶規則：當Z<Z;Z=Z＋靶樣靶樣靶樣Z連入0(3)在相同的管電壓和電流下,靶材原子序數(Z)↑→I(入)曲線上移(入0不變)簡單點陣晶胞的FHKL值與|FHKL|2值？推導出其消光規律。解：簡單點陣，每個陣胞只包含一個原子，其坐標為(0,0,0)，原子散射因子為f，F=nfexp(2i(Hx+Ky+Lz))HKLjjjjj=1HKL則F2=f2HKL所以，在簡單點陣晶胞情況下，FHKL不受HKL的影響，即HKL為任意整數時都不能產生38、粉末樣品顆粒過大或過小對德拜花樣影響如何？為什么？板狀多晶體樣品晶粒過大或答：(1)粉末樣品顆粒過大會使德拜花樣(衍射弧對)不連續；樣品顆粒過小，德拜寬度增大，不利于分析工作的進行。這是因為當粉末顆粒過大(大于10-3cm)時，參加衍射的晶粒數減少，會使衍射線條不連續；當粉末顆粒過細(小于10-5cm)時，會使衍射線條變寬，這些都不利于分析工作。與粉末試樣相似的結果，即衍射峰寬化。2計算當管電壓為50kv時，電子在與靶碰撞時的速度與動能以及所發射的連續譜的短波限和光子的最大動能。U=50kv0光速：c=2.998×108m/s電子電量：e=1.602×10-19C電子從陰極飛出到達靶的過程中所獲得的總動能為E=eU=1.602×10-19C×50kv=8.01×10-18kJ00所以電子與靶碰撞時的速度為v=(2E/m)1/2=4.2×106m/s00所發射連續譜的短波限λ的大小僅取決于加速電壓0λ(?)＝12400/v(伏)＝0.248?0輻射出來的