第六章X射線衍射(XRD)第六章X射線衍射(XRD)1第一節(jié)X射線物理學(xué)基礎(chǔ)X射線的性質(zhì)X射線與物質(zhì)的相互作用干涉、散射及衍射晶體學(xué)基礎(chǔ)X射線的衍射第一節(jié)X射線物理學(xué)基礎(chǔ)X射線的性質(zhì)2X射線的本質(zhì)X射線和可見(jiàn)光一樣，都顯示波粒二象性，故兩者的本質(zhì)是相同的，都會(huì)產(chǎn)生干涉、衍射、吸收和光電效應(yīng)等現(xiàn)象，兩者的主要差別于波長(zhǎng)不同。X射線的波長(zhǎng)范圍X射線是一種波長(zhǎng)較短的電磁輻射：

波長(zhǎng)0.01~10nm；能量：124keV-0.124keV其短波段與γ射線長(zhǎng)波段相重疊，其長(zhǎng)波段則與真空紫外的短波段相重疊。

g-raysX-raysUVVisual0.0010.010.11.010.0100400nm1.什么是X射線？一、X射線的性質(zhì)X射線的本質(zhì)g-raysX-raysUVVisual0.003X射線是由高能量粒子（電子）轟擊原子所產(chǎn)生的電磁輻射，包括：

連續(xù)X射線譜-具有連續(xù)波長(zhǎng)，又稱白色X射線特征X射線-具有特定波長(zhǎng)的譜線，該譜線與靶極的材料有關(guān)，又稱單色X射線。當(dāng)化學(xué)元素受高能光子或粒子照射，如內(nèi)層電子被激發(fā)，將產(chǎn)生空穴，當(dāng)外層電子躍遷回補(bǔ)時(shí)，就會(huì)放射出特征X射線。2.X射線的產(chǎn)生X射線是由高能量粒子（電子）轟擊原子所產(chǎn)生的電磁輻射，包括：4靶材料特征X射線波長(zhǎng)元素序數(shù)KKCr242.29072.0849Fe261.93731.7566Ni281.65921.5001Cu291.54181.3922Mo420.71070.6323W740.21060.1844特征X射線波長(zhǎng)與靶材料原子序數(shù)有關(guān)原子序數(shù)越大，核對(duì)內(nèi)層電子引力上升，下降靶材料特征X射線波長(zhǎng)特征X射線波長(zhǎng)與靶材料5總之，當(dāng)一束X射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，其能量可分為三部分，即一部分被散射，一部分被吸收，而其余部分則透過(guò)物質(zhì)繼續(xù)沿原來(lái)的方向傳播。二、X射線與物質(zhì)的相互作用總之，當(dāng)一束X射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，其能量可分為三部分，即一部6X射線在物質(zhì)中的散射入射光子與原子碰撞改變方向，在各個(gè)方向發(fā)生散射。X射線與物質(zhì)的散射是由于X射線與外層電子的相互作用而產(chǎn)生。散射作用分為兩種，相干散射和非相干散射。在散射現(xiàn)象中，當(dāng)散射線波長(zhǎng)與入射線相同時(shí)，相位滯后恒定，散射線之間能互相干涉，稱為相干散射；而當(dāng)散射線波長(zhǎng)與入射線波長(zhǎng)不同時(shí)，散射線之間不相干涉，則稱之為非相干散射。而康普頓散射即為非相干散射。X射線在物質(zhì)中的散射入射光子與原子碰撞改變方向，在各個(gè)方向發(fā)7三、干涉、散射及衍射干涉：兩個(gè)或兩個(gè)以上的光波(電磁波)相遇時(shí)，在一定情況下會(huì)相互影響(光程差等于nλ時(shí)，相互疊加)。散射：光束(電磁波)通過(guò)不均勻媒質(zhì)時(shí)，部分光束(電磁波)將偏離原來(lái)方向而分散傳播，從側(cè)向也可以看到光的現(xiàn)象。衍射：當(dāng)光(電磁波)的波長(zhǎng)與障礙物尺寸相差不大時(shí)可以繞過(guò)障礙物繼續(xù)向前發(fā)射，并且強(qiáng)度明顯增加的現(xiàn)象。光(電磁波)通過(guò)狹縫后的擴(kuò)展。衍射圖樣

三、干涉、散射及衍射干涉：兩個(gè)或兩個(gè)以上的光波(電磁波)相遇8散射及衍射的電磁學(xué)原理在光波(電磁波)的照射下，介質(zhì)內(nèi)原子中的電子會(huì)發(fā)生頻率相同的強(qiáng)制振動(dòng)，每個(gè)原子又可作為一個(gè)新的波源向四周發(fā)射與入射線波長(zhǎng)相同的次生光波，這就是散射波。這些“次生光波”由于存在光程差，會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象，只有當(dāng)光程差等于nλ時(shí)才會(huì)互相疊加產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，其它情況下則減弱或相互抵消。產(chǎn)生衍射的必要條件一組可以發(fā)生相互干涉的波一組尺寸與波長(zhǎng)相當(dāng)周期排列的散射中心散射及衍射的電磁學(xué)原理在光波(電磁波)的照射下，介質(zhì)內(nèi)原子中9利用X射線測(cè)試晶體結(jié)構(gòu)利用X射線測(cè)試晶體結(jié)構(gòu)10四、晶體學(xué)基礎(chǔ)石英晶體

非晶體(石英玻璃)：沒(méi)有規(guī)則的外形，各向同性，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。

四、晶體學(xué)基礎(chǔ)石英晶體非晶體(石英玻璃)：沒(méi)有規(guī)則的外形111、晶體的基本性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的基本特征：原子（或原子團(tuán)）在三維空間呈周期性重復(fù)排列，即存在長(zhǎng)程有序。晶體和非晶體的兩大性能區(qū)別：非晶體晶體熔點(diǎn)：熔化范圍固定熔點(diǎn)方向性：各向同性各向異性1、晶體的基本性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的基本特征：原子（或原子團(tuán)）在三維122、空間點(diǎn)陣的概念晶體是由原子或原子團(tuán)在三維空間中規(guī)則重復(fù)排列組成的固體。

作為基本單元的原子或原子團(tuán)叫結(jié)構(gòu)基元，簡(jiǎn)稱基元。為反映晶體中原子排列的周期性，以一個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)基元，這個(gè)點(diǎn)就叫陣點(diǎn)，陣點(diǎn)在三維空間的周期性分布形成無(wú)限的陣列，就叫空間點(diǎn)陣，簡(jiǎn)稱點(diǎn)陣。具有代表性的基本單元（最小平行六面體）作為點(diǎn)陣的組成單元，稱為晶胞。將晶胞作三維的重復(fù)堆砌就構(gòu)成了空間點(diǎn)陣。2、空間點(diǎn)陣的概念晶體是由原子或原子團(tuán)在三維空間中規(guī)則重復(fù)排133、晶胞由于晶體點(diǎn)陣的周期性，可在其中取一個(gè)陣點(diǎn)為頂點(diǎn)，以三個(gè)不共面的點(diǎn)陣直線上周期為邊長(zhǎng)的平行六面體作為重復(fù)單元，來(lái)反映晶體結(jié)構(gòu)的特征，這樣的重復(fù)單元稱為晶胞。晶胞有六個(gè)參量：

a,bandcaretheunitcelledgelengths.a,bandgaretheangles(abetweenbandc,bbetweencanda,gbetweenaandbc)

這六個(gè)參理稱為晶胞參數(shù)，因?yàn)榫О軌驔Q定整個(gè)點(diǎn)陣，所以這些量又稱為點(diǎn)陣參數(shù)。3、晶胞由于晶體點(diǎn)陣的周期性，可在其中取一個(gè)陣點(diǎn)為頂點(diǎn)，以三144、七個(gè)晶系的晶格參數(shù)4、七個(gè)晶系的晶格參數(shù)155、晶面與晶面間距晶面：是指過(guò)晶體基元的幾何平面。晶體可視為由相互平行的晶面族構(gòu)成。晶面間距：相鄰晶面間的距離稱作晶面間距。5、晶面與晶面間距晶面：是指過(guò)晶體基元的幾何平面。晶體可視為16五、X射線的衍射衍射的本質(zhì):晶體中各原子相干散射波疊加（合成）的結(jié)果。衍射波的兩個(gè)基本特征:衍射線（束）在空間分布的方位（衍射方向）和強(qiáng)度，與晶體內(nèi)原子分布規(guī)律（晶體結(jié)構(gòu)）密切相關(guān)。五、X射線的衍射衍射的本質(zhì):17勞厄斑點(diǎn)晶體可看作三維立體光柵根據(jù)勞厄斑點(diǎn)的分布可算出晶面間距掌握晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)晶體底片鉛屏X

射線管1、勞厄的X射線衍射實(shí)驗(yàn)勞晶體可看作三維立體光柵根據(jù)勞厄斑點(diǎn)的分布可算出晶面間距掌握182、布拉格方程

（1）布拉格實(shí)驗(yàn)

設(shè)入射線與反射面之夾角為，稱掠射角或布拉格角，則按反射定律，反射線與反射面之夾角也應(yīng)為。布拉格實(shí)驗(yàn)得到了“選擇反射”的結(jié)果，即當(dāng)X射線以某些角度入射時(shí)，記錄到反射線（以CuK射線照射NaCl表面，當(dāng)=15和=32時(shí)記錄到反射線）；其它角度入射，則無(wú)反射。2、布拉格方程（1）布拉格實(shí)驗(yàn)19（2）布拉格方程的導(dǎo)出

布拉格方程的導(dǎo)出基礎(chǔ)：①晶體結(jié)構(gòu)具有周期性(可將晶體視為由許多相互平行且晶面間距（d）相等的原子面組成)；②X射線具有穿透性，可照射到晶體的各個(gè)原子面上；③光源及記錄裝置至樣品的距離比d數(shù)量級(jí)大得多，故入射線與反射線均可視為平行光。入射的平行光照射到晶體中各平行原子面上，各原子面各自產(chǎn)生的相互平行的反射線之間的干涉作用導(dǎo)致了“選擇反射”的結(jié)果，據(jù)此導(dǎo)出了布拉格方程。

（2）布拉格方程的導(dǎo)出布拉格方程的導(dǎo)出基礎(chǔ)：203.1.2Bragg方程

兩條單色X光平行入射，入射角θ。反射角=入射角，且反射線、入射線、晶面法線共平面。11’和22’的光程差＝AB＋BC＝2d

sin衍射條件：2d

sin=n

為x光的波長(zhǎng)，n整數(shù)1，2，3…1913年，Bragg提出另一確定衍射方向的方法，依照光在鏡面反射規(guī)律設(shè)計(jì)。121’2’ABChkldhkl3.1.2Bragg方程兩條單色X光平行入射，入21(a)可見(jiàn)光在任意入射角方向均能產(chǎn)生反射，而X射線則只能在有限的布拉格角方向才產(chǎn)生反射。(b)可見(jiàn)光的反射只是物體表面上的光學(xué)現(xiàn)象，而衍射則是一定厚度內(nèi)許多間距相同晶面共同作用的結(jié)果。(1)X射線衍射與可見(jiàn)光反射的差異關(guān)于Bragg方程的討論121’2’ABChkldhkl(a)可見(jiàn)光在任意入射角方向均能產(chǎn)生反射，而X射線則只能在有22這規(guī)定了X衍射分析的下限。(2)入射線波長(zhǎng)與面間距關(guān)系一般n=1。所以要產(chǎn)生衍射，必須有d>

/2這規(guī)定了X衍射分析的下限。(2)入射線波長(zhǎng)與面間距關(guān)系一23有些情況下晶體雖然滿足布拉格方程，但不一定出現(xiàn)衍射線，即所謂系統(tǒng)消光(3)布拉格方程是X射線在晶體產(chǎn)生衍射的必要條件而非充分條件有些情況下晶體雖然滿足布拉格方程，但不一定出現(xiàn)衍射線，即所謂24二、XRD測(cè)量方法（1）照相法

利用X射線的感光效應(yīng)，用特制膠片記錄試樣的衍射方向和強(qiáng)度。德拜-謝樂(lè)法（多晶）、勞厄（Laue）法（單晶）、周轉(zhuǎn)晶體法（單晶）。二、XRD測(cè)量方法（1）照相法252/度強(qiáng)度0.4141nm0.3742nm0.2482nmLDPE的XRD曲線（2）多晶衍射儀法衍射儀記錄下掃描的衍射角2θ和相應(yīng)位置接收到的衍射強(qiáng)度信號(hào)，得到以衍射角2θ為橫坐標(biāo)，衍射強(qiáng)度為縱坐標(biāo)的衍射圖。2/度強(qiáng)度0.4141nm0.3742nm0.2482nm26多晶樣品制備根據(jù)所研究的課題，樣品可以是多晶塊、片或粉末。通常是將樣品研磨成小顆粒粉末。將研磨后的粉末用手?jǐn)D壓在薄板內(nèi)框中，利用粉末的自聚能力與框架一起成型。用厚玻璃板作為成型工作面，并以與玻璃接觸過(guò)的樣品表面作為衍射表面。為了消除取向，常把纖維樣品剪切為長(zhǎng)度小于0.5mm的小段，再用上述過(guò)程制樣。多晶樣品制備根據(jù)所研究的課題，樣品可以是多晶塊、片或粉末。27單晶樣品的制備１、單晶的概念及識(shí)別（晶體結(jié)構(gòu)特征、幾何外型特征、光學(xué)性質(zhì)特征２、單晶分析樣品的要求、選擇和安裝上機(jī)的樣品盡可能選擇呈球形（粒狀）的單晶體或晶體碎片，直徑大小在0.1-0.7mm，無(wú)解理、無(wú)裂紋確保用于單晶衍射的樣品代表要鑒定的物相，從晶體的形狀、顏色、解理和其他的分析方法給予保證。單晶樣品的制備１、單晶的概念及識(shí)別（晶體結(jié)構(gòu)特征、幾何外型特28XRD在聚合物研究中的應(yīng)用XRD在聚合物研究中的應(yīng)用291.定性判斷結(jié)晶與取向由照片判斷由衍射儀判斷1.定性判斷結(jié)晶與取向由照片判斷30由照片判斷

非晶無(wú)取向：彌散環(huán)非晶取向：赤道線上的彌散斑結(jié)晶無(wú)取向：系列同心圓環(huán)（德拜環(huán)）結(jié)晶取向：系列對(duì)稱弧結(jié)晶高度取向：對(duì)稱斑點(diǎn) 由照片判斷

非晶無(wú)取向：彌散環(huán)31由衍射儀判斷“寬隆峰”：為無(wú)定型；“尖銳”峰：表明存在結(jié)晶或近晶，峰越尖銳則結(jié)晶越完善無(wú)定型結(jié)晶部分結(jié)晶由衍射儀判斷“寬隆峰”：為無(wú)定型；無(wú)定型結(jié)晶部分結(jié)晶322．進(jìn)行物相分析**一般化學(xué)分析是分析組成物質(zhì)的元素種類及含量**物相分析則能給出元素間化學(xué)結(jié)合的狀態(tài)和物質(zhì)的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)**化學(xué)組成相同，化學(xué)結(jié)合狀態(tài)或聚集態(tài)不同的物質(zhì)物相不相同。如同樣是SiO2，由于聚集態(tài)不同，可形成無(wú)定型硅膠、晶態(tài)石英、白硅石等。2．進(jìn)行物相分析**一般化學(xué)分析是分析組成物質(zhì)的元素種類及含33由于每一種晶體都有它特定的結(jié)構(gòu)，不可能有兩種晶體的晶胞大小、形狀、晶胞中原子的數(shù)目和位置完全一樣，因此晶體的粉末圖就像人的指紋一樣各不相同，即每種晶體都有它自己的d和I／Ｉ１的數(shù)據(jù)。(d為晶面間距，與晶胞的形狀和大小有關(guān)，I／Ｉ１為反射線的相對(duì)強(qiáng)度，與質(zhì)點(diǎn)的種類及其在晶胞中的位置有關(guān)．由于衍射線的分布和強(qiáng)度與物質(zhì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，根據(jù)粉末圖得到的d和I／Ｉ１數(shù)據(jù)，查對(duì)PDF卡片(該卡又稱《X射線粉末衍射數(shù)據(jù)資料集》它匯集了數(shù)萬(wàn)種晶體的X射線粉末數(shù)據(jù))就可鑒定未知晶體，進(jìn)行物相分析．物相分析是ＸＲＤ最重要的應(yīng)用．由于每一種晶體都有它特定的結(jié)構(gòu)，不可能有兩種晶體的晶胞大小、34(1)1a,1b,1c三數(shù)據(jù)為三條最強(qiáng)衍射線對(duì)應(yīng)的面間距,1d為最大面間距；(2)2a,2b,2c,2d為上述各衍射線的相對(duì)強(qiáng)度，其中最強(qiáng)線的強(qiáng)度為100；(1)1a,1b,1c三數(shù)據(jù)為三條最強(qiáng)衍射線對(duì)應(yīng)的面間距,135(3)輻射光源波長(zhǎng)濾波片相機(jī)直徑所用儀器可測(cè)最大面間距測(cè)量相對(duì)強(qiáng)度的方法數(shù)據(jù)來(lái)源(3)36(4)晶系空間群晶胞邊長(zhǎng)軸率A=a0/b0C=c0/b0軸角單位晶胞內(nèi)“分子”數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)源(4)37(5)光學(xué)性質(zhì)折射率光學(xué)正負(fù)性光軸角密度熔點(diǎn)顏色數(shù)據(jù)來(lái)源(5)光學(xué)性質(zhì)38(6)樣品來(lái)源、制備方法、升華溫度、分解溫度等(6)樣品來(lái)源、制備方法、升華溫度、分解溫度等39(7)物相名稱(8)物相的化學(xué)式與數(shù)據(jù)可靠性可靠性高-良好-i一般-空白較差-O計(jì)算得到-C(7)40(9)全部衍射數(shù)據(jù)(9)41不同晶體的衍射圖幾乎同人的指紋一樣，其衍射線位置和強(qiáng)度各具特征，這成為物相鑒定的基礎(chǔ)不同晶體的衍射圖幾乎同人的指紋一樣，其衍射線位置和強(qiáng)度各具特423.聚合物取向多晶材料是由許多晶粒組成的，當(dāng)這些晶粒的晶體學(xué)取向無(wú)規(guī)則時(shí)，那么由多晶粒組成的多晶材料性能是各向同性。但是，一般材料經(jīng)過(guò)加工工序后，特別象軋制、拉伸、擠壓、旋壓、拔絲等變形過(guò)程后，材料內(nèi)各晶粒會(huì)出現(xiàn)取向規(guī)律性，從而使多晶材料呈現(xiàn)出一定程度的各向異性。3.聚合物取向多晶材料是由許多晶粒組成的，當(dāng)這些晶粒的晶體43不同拉伸倍數(shù)的聚丙烯3.聚合物取向不同拉伸倍數(shù)的聚丙烯3.聚合物取向44測(cè)試方法XRD解析課件454.結(jié)晶度測(cè)定ISaSc2θ結(jié)晶度：是指物質(zhì)或材料中晶態(tài)部分占總體的質(zhì)量或體積百分比4.結(jié)晶度測(cè)定ISaSc2θ結(jié)晶度：是指物質(zhì)或材料中晶態(tài)部分465.晶粒尺寸測(cè)定晶粒尺寸是材料形態(tài)結(jié)構(gòu)的指標(biāo)之一。材料中晶粒尺寸小于10μm時(shí)，晶粒尺寸減小，衍射峰顯著增寬。而半結(jié)晶聚合物材料晶粒尺寸大致在5-50nm，故可以根據(jù)衍射峰增寬測(cè)定其晶粒尺寸。5.晶粒尺寸測(cè)定晶粒尺寸是材料形態(tài)結(jié)構(gòu)的指標(biāo)之一。材料中晶粒475.晶粒尺寸測(cè)定謝樂(lè)（Scherrer）公式D：晶面族法向方向的晶粒尺寸（晶粒線度）；:x射線波長(zhǎng)B：半峰寬（因晶粒尺寸造成的衍射峰增寬量）K=0.95.晶粒尺寸測(cè)定謝樂(lè)（Scherrer）公式4822強(qiáng)度強(qiáng)度ImIm/2B晶粒無(wú)限大時(shí)晶粒尺寸有限時(shí)22強(qiáng)強(qiáng)度ImIm/2B晶粒無(wú)限大時(shí)晶粒尺寸有限時(shí)49課后作業(yè)1、光的干涉、散射和衍射的意義。2、Bragg方程3、用XRD定性判斷聚合物結(jié)晶與取向的方法。課后作業(yè)1、光的干涉、散射和衍射的意義。50第六章X射線衍射(XRD)第六章X射線衍射(XRD)51第一節(jié)X射線物理學(xué)基礎(chǔ)X射線的性質(zhì)X射線與物質(zhì)的相互作用干涉、散射及衍射晶體學(xué)基礎(chǔ)X射線的衍射第一節(jié)X射線物理學(xué)基礎(chǔ)X射線的性質(zhì)52X射線的本質(zhì)X射線和可見(jiàn)光一樣，都顯示波粒二象性，故兩者的本質(zhì)是相同的，都會(huì)產(chǎn)生干涉、衍射、吸收和光電效應(yīng)等現(xiàn)象，兩者的主要差別于波長(zhǎng)不同。X射線的波長(zhǎng)范圍X射線是一種波長(zhǎng)較短的電磁輻射：

波長(zhǎng)0.01~10nm；能量：124keV-0.124keV其短波段與γ射線長(zhǎng)波段相重疊，其長(zhǎng)波段則與真空紫外的短波段相重疊。

g-raysX-raysUVVisual0.0010.010.11.010.0100400nm1.什么是X射線？一、X射線的性質(zhì)X射線的本質(zhì)g-raysX-raysUVVisual0.0053X射線是由高能量粒子（電子）轟擊原子所產(chǎn)生的電磁輻射，包括：

連續(xù)X射線譜-具有連續(xù)波長(zhǎng)，又稱白色X射線特征X射線-具有特定波長(zhǎng)的譜線，該譜線與靶極的材料有關(guān)，又稱單色X射線。當(dāng)化學(xué)元素受高能光子或粒子照射，如內(nèi)層電子被激發(fā)，將產(chǎn)生空穴，當(dāng)外層電子躍遷回補(bǔ)時(shí)，就會(huì)放射出特征X射線。2.X射線的產(chǎn)生X射線是由高能量粒子（電子）轟擊原子所產(chǎn)生的電磁輻射，包括：54靶材料特征X射線波長(zhǎng)元素序數(shù)KKCr242.29072.0849Fe261.93731.7566Ni281.65921.5001Cu291.54181.3922Mo420.71070.6323W740.21060.1844特征X射線波長(zhǎng)與靶材料原子序數(shù)有關(guān)原子序數(shù)越大，核對(duì)內(nèi)層電子引力上升，下降靶材料特征X射線波長(zhǎng)特征X射線波長(zhǎng)與靶材料55總之，當(dāng)一束X射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，其能量可分為三部分，即一部分被散射，一部分被吸收，而其余部分則透過(guò)物質(zhì)繼續(xù)沿原來(lái)的方向傳播。二、X射線與物質(zhì)的相互作用總之，當(dāng)一束X射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，其能量可分為三部分，即一部56X射線在物質(zhì)中的散射入射光子與原子碰撞改變方向，在各個(gè)方向發(fā)生散射。X射線與物質(zhì)的散射是由于X射線與外層電子的相互作用而產(chǎn)生。散射作用分為兩種，相干散射和非相干散射。在散射現(xiàn)象中，當(dāng)散射線波長(zhǎng)與入射線相同時(shí)，相位滯后恒定，散射線之間能互相干涉，稱為相干散射；而當(dāng)散射線波長(zhǎng)與入射線波長(zhǎng)不同時(shí)，散射線之間不相干涉，則稱之為非相干散射。而康普頓散射即為非相干散射。X射線在物質(zhì)中的散射入射光子與原子碰撞改變方向，在各個(gè)方向發(fā)57三、干涉、散射及衍射干涉：兩個(gè)或兩個(gè)以上的光波(電磁波)相遇時(shí)，在一定情況下會(huì)相互影響(光程差等于nλ時(shí)，相互疊加)。散射：光束(電磁波)通過(guò)不均勻媒質(zhì)時(shí)，部分光束(電磁波)將偏離原來(lái)方向而分散傳播，從側(cè)向也可以看到光的現(xiàn)象。衍射：當(dāng)光(電磁波)的波長(zhǎng)與障礙物尺寸相差不大時(shí)可以繞過(guò)障礙物繼續(xù)向前發(fā)射，并且強(qiáng)度明顯增加的現(xiàn)象。光(電磁波)通過(guò)狹縫后的擴(kuò)展。衍射圖樣

三、干涉、散射及衍射干涉：兩個(gè)或兩個(gè)以上的光波(電磁波)相遇58散射及衍射的電磁學(xué)原理在光波(電磁波)的照射下，介質(zhì)內(nèi)原子中的電子會(huì)發(fā)生頻率相同的強(qiáng)制振動(dòng)，每個(gè)原子又可作為一個(gè)新的波源向四周發(fā)射與入射線波長(zhǎng)相同的次生光波，這就是散射波。這些“次生光波”由于存在光程差，會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象，只有當(dāng)光程差等于nλ時(shí)才會(huì)互相疊加產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，其它情況下則減弱或相互抵消。產(chǎn)生衍射的必要條件一組可以發(fā)生相互干涉的波一組尺寸與波長(zhǎng)相當(dāng)周期排列的散射中心散射及衍射的電磁學(xué)原理在光波(電磁波)的照射下，介質(zhì)內(nèi)原子中59利用X射線測(cè)試晶體結(jié)構(gòu)利用X射線測(cè)試晶體結(jié)構(gòu)60四、晶體學(xué)基礎(chǔ)石英晶體

非晶體(石英玻璃)：沒(méi)有規(guī)則的外形，各向同性，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。

四、晶體學(xué)基礎(chǔ)石英晶體非晶體(石英玻璃)：沒(méi)有規(guī)則的外形611、晶體的基本性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的基本特征：原子（或原子團(tuán)）在三維空間呈周期性重復(fù)排列，即存在長(zhǎng)程有序。晶體和非晶體的兩大性能區(qū)別：非晶體晶體熔點(diǎn)：熔化范圍固定熔點(diǎn)方向性：各向同性各向異性1、晶體的基本性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的基本特征：原子（或原子團(tuán)）在三維622、空間點(diǎn)陣的概念晶體是由原子或原子團(tuán)在三維空間中規(guī)則重復(fù)排列組成的固體。

作為基本單元的原子或原子團(tuán)叫結(jié)構(gòu)基元，簡(jiǎn)稱基元。為反映晶體中原子排列的周期性，以一個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)基元，這個(gè)點(diǎn)就叫陣點(diǎn)，陣點(diǎn)在三維空間的周期性分布形成無(wú)限的陣列，就叫空間點(diǎn)陣，簡(jiǎn)稱點(diǎn)陣。具有代表性的基本單元（最小平行六面體）作為點(diǎn)陣的組成單元，稱為晶胞。將晶胞作三維的重復(fù)堆砌就構(gòu)成了空間點(diǎn)陣。2、空間點(diǎn)陣的概念晶體是由原子或原子團(tuán)在三維空間中規(guī)則重復(fù)排633、晶胞由于晶體點(diǎn)陣的周期性，可在其中取一個(gè)陣點(diǎn)為頂點(diǎn)，以三個(gè)不共面的點(diǎn)陣直線上周期為邊長(zhǎng)的平行六面體作為重復(fù)單元，來(lái)反映晶體結(jié)構(gòu)的特征，這樣的重復(fù)單元稱為晶胞。晶胞有六個(gè)參量：

a,bandcaretheunitcelledgelengths.a,bandgaretheangles(abetweenbandc,bbetweencanda,gbetweenaandbc)

這六個(gè)參理稱為晶胞參數(shù)，因?yàn)榫О軌驔Q定整個(gè)點(diǎn)陣，所以這些量又稱為點(diǎn)陣參數(shù)。3、晶胞由于晶體點(diǎn)陣的周期性，可在其中取一個(gè)陣點(diǎn)為頂點(diǎn)，以三644、七個(gè)晶系的晶格參數(shù)4、七個(gè)晶系的晶格參數(shù)655、晶面與晶面間距晶面：是指過(guò)晶體基元的幾何平面。晶體可視為由相互平行的晶面族構(gòu)成。晶面間距：相鄰晶面間的距離稱作晶面間距。5、晶面與晶面間距晶面：是指過(guò)晶體基元的幾何平面。晶體可視為66五、X射線的衍射衍射的本質(zhì):晶體中各原子相干散射波疊加（合成）的結(jié)果。衍射波的兩個(gè)基本特征:衍射線（束）在空間分布的方位（衍射方向）和強(qiáng)度，與晶體內(nèi)原子分布規(guī)律（晶體結(jié)構(gòu)）密切相關(guān)。五、X射線的衍射衍射的本質(zhì):67勞厄斑點(diǎn)晶體可看作三維立體光柵根據(jù)勞厄斑點(diǎn)的分布可算出晶面間距掌握晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)晶體底片鉛屏X

射線管1、勞厄的X射線衍射實(shí)驗(yàn)勞晶體可看作三維立體光柵根據(jù)勞厄斑點(diǎn)的分布可算出晶面間距掌握682、布拉格方程

（1）布拉格實(shí)驗(yàn)

設(shè)入射線與反射面之夾角為，稱掠射角或布拉格角，則按反射定律，反射線與反射面之夾角也應(yīng)為。布拉格實(shí)驗(yàn)得到了“選擇反射”的結(jié)果，即當(dāng)X射線以某些角度入射時(shí)，記錄到反射線（以CuK射線照射NaCl表面，當(dāng)=15和=32時(shí)記錄到反射線）；其它角度入射，則無(wú)反射。2、布拉格方程（1）布拉格實(shí)驗(yàn)69（2）布拉格方程的導(dǎo)出

布拉格方程的導(dǎo)出基礎(chǔ)：①晶體結(jié)構(gòu)具有周期性(可將晶體視為由許多相互平行且晶面間距（d）相等的原子面組成)；②X射線具有穿透性，可照射到晶體的各個(gè)原子面上；③光源及記錄裝置至樣品的距離比d數(shù)量級(jí)大得多，故入射線與反射線均可視為平行光。入射的平行光照射到晶體中各平行原子面上，各原子面各自產(chǎn)生的相互平行的反射線之間的干涉作用導(dǎo)致了“選擇反射”的結(jié)果，據(jù)此導(dǎo)出了布拉格方程。

（2）布拉格方程的導(dǎo)出布拉格方程的導(dǎo)出基礎(chǔ)：703.1.2Bragg方程

兩條單色X光平行入射，入射角θ。反射角=入射角，且反射線、入射線、晶面法線共平面。11’和22’的光程差＝AB＋BC＝2d

sin衍射條件：2d

sin=n

為x光的波長(zhǎng)，n整數(shù)1，2，3…1913年，Bragg提出另一確定衍射方向的方法，依照光在鏡面反射規(guī)律設(shè)計(jì)。121’2’ABChkldhkl3.1.2Bragg方程兩條單色X光平行入射，入71(a)可見(jiàn)光在任意入射角方向均能產(chǎn)生反射，而X射線則只能在有限的布拉格角方向才產(chǎn)生反射。(b)可見(jiàn)光的反射只是物體表面上的光學(xué)現(xiàn)象，而衍射則是一定厚度內(nèi)許多間距相同晶面共同作用的結(jié)果。(1)X射線衍射與可見(jiàn)光反射的差異關(guān)于Bragg方程的討論121’2’ABChkldhkl(a)可見(jiàn)光在任意入射角方向均能產(chǎn)生反射，而X射線則只能在有72這規(guī)定了X衍射分析的下限。(2)入射線波長(zhǎng)與面間距關(guān)系一般n=1。所以要產(chǎn)生衍射，必須有d>

/2這規(guī)定了X衍射分析的下限。(2)入射線波長(zhǎng)與面間距關(guān)系一73有些情況下晶體雖然滿足布拉格方程，但不一定出現(xiàn)衍射線，即所謂系統(tǒng)消光(3)布拉格方程是X射線在晶體產(chǎn)生衍射的必要條件而非充分條件有些情況下晶體雖然滿足布拉格方程，但不一定出現(xiàn)衍射線，即所謂74二、XRD測(cè)量方法（1）照相法

利用X射線的感光效應(yīng)，用特制膠片記錄試樣的衍射方向和強(qiáng)度。德拜-謝樂(lè)法（多晶）、勞厄（Laue）法（單晶）、周轉(zhuǎn)晶體法（單晶）。二、XRD測(cè)量方法（1）照相法752/度強(qiáng)度0.4141nm0.3742nm0.2482nmLDPE的XRD曲線（2）多晶衍射儀法衍射儀記錄下掃描的衍射角2θ和相應(yīng)位置接收到的衍射強(qiáng)度信號(hào)，得到以衍射角2θ為橫坐標(biāo)，衍射強(qiáng)度為縱坐標(biāo)的衍射圖。2/度強(qiáng)度0.4141nm0.3742nm0.2482nm76多晶樣品制備根據(jù)所研究的課題，樣品可以是多晶塊、片或粉末。通常是將樣品研磨成小顆粒粉末。將研磨后的粉末用手?jǐn)D壓在薄板內(nèi)框中，利用粉末的自聚能力與框架一起成型。用厚玻璃板作為成型工作面，并以與玻璃接觸過(guò)的樣品表面作為衍射表面。為了消除取向，常把纖維樣品剪切為長(zhǎng)度小于0.5mm的小段，再用上述過(guò)程制樣。多晶樣品制備根據(jù)所研究的課題，樣品可以是多晶塊、片或粉末。77單晶樣品的制備１、單晶的概念及識(shí)別（晶體結(jié)構(gòu)特征、幾何外型特征、光學(xué)性質(zhì)特征２、單晶分析樣品的要求、選擇和安裝上機(jī)的樣品盡可能選擇呈球形（粒狀）的單晶體或晶體碎片，直徑大小在0.1-0.7mm，無(wú)解理、無(wú)裂紋確保用于單晶衍射的樣品代表要鑒定的物相，從晶體的形狀、顏色、解理和其他的分析方法給予保證。單晶樣品的制備１、單晶的概念及識(shí)別（晶體結(jié)構(gòu)特征、幾何外型特78XRD在聚合物研究中的應(yīng)用XRD在聚合物研究中的應(yīng)用791.定性判斷結(jié)晶與取向由照片判斷由衍射儀判斷1.定性判斷結(jié)晶與取向由照片判斷80由照片判斷

非晶無(wú)取向：彌散環(huán)非晶取向：赤道線上的彌散斑結(jié)晶無(wú)取向：系列同心圓環(huán)（德拜環(huán)）結(jié)晶取向：系列對(duì)稱弧結(jié)晶高度取向：對(duì)稱斑點(diǎn) 由照片判斷

非晶無(wú)取向：彌散環(huán)81由衍射儀判斷“寬隆峰”：為無(wú)定型；“尖銳”峰：表明存在結(jié)晶或近晶，峰越尖銳則結(jié)晶越完善無(wú)定型結(jié)晶部分結(jié)晶由衍射儀判斷“寬隆峰”：為無(wú)定型；無(wú)定型結(jié)晶部分結(jié)晶822．進(jìn)行物相分析**一般化學(xué)分析是分析組成物質(zhì)的元素種類及含量**物相分析則能給出元素間化學(xué)結(jié)合的狀態(tài)和物質(zhì)的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)**化學(xué)組成相同，化學(xué)結(jié)合狀態(tài)或聚集態(tài)不同的物質(zhì)物相不相同。如同樣是SiO2，由于聚集態(tài)不同，可形成無(wú)定型硅膠、晶態(tài)石英、白硅石等。2．進(jìn)行物相分析**一般化學(xué)分析是分析組成物質(zhì)的元素種類及含83由于每一種晶體都有它特定的結(jié)構(gòu)，不可能有兩種晶體的晶胞大小、形狀、晶胞中原子的數(shù)目和位置完全一樣，因此晶體的粉末圖就像人的指紋一樣各不相同，即每種晶體都有它自己的d和I／Ｉ１的數(shù)據(jù)。(d為晶面間距，與晶胞的形狀和大小有關(guān)，I／Ｉ１為反射線的相對(duì)強(qiáng)度，與質(zhì)點(diǎn)的種類及其在晶胞中的位置有關(guān)．由于衍射線的分布和強(qiáng)度與物質(zhì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，根據(jù)粉末圖得到的d和I／Ｉ１數(shù)據(jù)