X射线衍射原理.ppt

X射线衍射原理是现代材料学、化学、生物学、地质学等领域研究物质微观结构不可或缺的技术之一。它能够揭示晶体内部原子的排列方式以及晶体的对称性，从而为科学家们提供晶体学信息。X射线衍射原理的发现与应用，为深入理解物质世界提供了关键性的技术支撑。 X射线，作为一种高能电磁波，具有波粒二象性。当X射线与物质相互作用时，它们会与物质的原子核及电子云发生相互作用，主要表现为散射现象。在晶体学研究中，当X射线照射到具有周期性排列的原子结构上时，散射的X射线将会产生干涉效应。由于晶体结构的规律性，散射波在特定的方向上会相互加强，形成衍射束，而其他方向上的散射波则相互抵消。这一现象成为了X射线衍射技术的基础。 在X射线衍射技术中，Bragg公式是解释和计算衍射现象的关键。Bragg公式，即2dsinθ = nλ，其中d为晶面间距，θ为入射X射线与晶面之间的角度，n为整数，λ为X射线的波长。该公式说明了散射波在特定方向上光程差等于波长整数倍时，将产生相长干涉，形成明显的衍射峰。这些衍射峰的特征是X射线衍射技术中分析晶体结构的依据。 X射线衍射的应用广泛，涵盖了多晶体衍射和单晶体衍射两大类。多晶体衍射，又称为粉末衍射，它通过观察粉末样品中微小晶体的衍射图样，可获得晶体结构的相关信息。单晶体衍射则利用具有特定取向的单晶体，对晶体结构进行更精确的测定。两种技术各有优势，广泛应用于材料的相鉴定、晶体缺陷分析、晶格参数测量等方面。 倒易点阵是描述衍射图案的数学模型，它将晶体的实际空间点阵转换到倒易空间中，利用倒易点阵可以更直观地理解和计算晶体的衍射条件。而厄瓦尔德图解则是一种图形化的分析方法，通过这种图解方式可以形象地看到X射线在晶体内部如何传播和衍射。 在进行X射线衍射实验时，选取合适的X射线波长非常重要。常用的X射线源如Cu Kα辐射，其波长与晶体的晶格常数相近，能够使衍射现象更为明显。此外，X射线衍射技术还能够用于荧光分析，通过测量衍射角可以推断出晶格参数或X射线的波长。 X射线衍射技术之所以得到广泛应用，是因为它可以用于不同类型材料的分析。在材料科学领域，X射线衍射用于检测材料的晶体结构、相变、织构和内应力等。在地质学领域，X射线衍射分析可以帮助确定岩石矿物的种类。化学领域中，X射线衍射用于鉴定未知化合物的结构。生物学领域，则应用X射线衍射技术揭示生物大分子的三维结构。 非晶体材料，由于缺少长程有序结构，因此在X射线衍射图谱中不会出现明显的衍射峰，这为区分晶体与非晶体材料提供了可靠手段。X射线衍射技术已经发展成为一种成熟且极为重要的分析手段，为科研和工业生产提供了强有力的支撑。随着科技的发展，X射线衍射技术不断被改进和完善，其应用领域也在不断拓展，对于推动科学技术的进步具有不可替代的作用。