38、粉末样品颗粒过大或过小对德拜花样影响如何?为什么?板状多晶体样品晶粒过大或过小对衍射峰形影响又如何?
答:(1)粉末样品颗粒过大会使德拜花样(衍射弧对)不连续;样品颗粒过小,德拜宽度增大,不利于分析工作的进行。这是因为当粉末颗粒过大(大于10cm)时,参加衍射的晶粒数减少,会使衍射线条不连续;当粉末颗粒过细(小于10cm)时,会使衍射线条变宽,这些都不利于分析工作。
(2)当板状多晶体样品晶粒过大时,参与反射的晶面数量有限,所以发生反射的概率变小,这样会使得某些衍射峰强度变小或不出现;而当多晶体的块状试样,如果晶粒足够细将得到与粉末试样相似的结果,即衍射峰宽化。
1、连续X射线谱与特征X射线谱
当管压较低时,呈现在一定波长范围内连续分布的X射线波谱,即连续谱。管压超过一定程度后,在某些特定波长位置出现强度很高、非常狭窄的谱线,它们叠加在连续谱强度分布曲线上;当改变管压或管流时,这类谱线只改变强度,而波长值固定不变,这就是X射线特征谱。
2、X射线与物质的作用
X射线与物质的作用包括散射和真吸收。散射包括相干散射和非相干散射,相干散射波长与入射线波长相同即能量未发生变化,而非相干散射波长则大于入射线波长即能量降低。真吸收包括光电效应、俄歇效应及热效应等。
3、X射线衍射方向
即布拉格定律,可表示为2dsin???,其中d晶面间距,?布拉格衍射角,?为X射线波长。布拉格定律决定X射线在晶体中的衍射方向。基于布拉格定律,可进行定性物相分析、点阵常数测定及应力测定等。
4、X射线衍射强度
X射线衍射强度简化式为I?(V/Vc2)P|F|2LpA e?2M,其中V是被照射材料体积,Vc即晶胞体积,P晶面多重因子,|F|晶面结构因子,Lp角因子或洛伦兹-偏振因子,A吸收因子,e温度因子。基于X射线衍射强度公式,可进行定量物相分析、结晶度测量及织构测量等。
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-2M5、结构因子与系统消光
结构因子即一个晶胞散射强度与单电子散射强度之比,反映了点阵晶胞结构对散射强度的影响。晶胞中原子散射波之间周相差引起波的干涉效应,合成波被加强或减弱。某些晶面的布拉格衍射会消失,称之为消光。
6、材料内应力的分类
第I类内应力为宏观尺寸范围并引起衍射谱线位移,第II类应力为晶粒尺寸范围并引起衍射谱线展宽,第III类应力为晶胞尺寸范围并引起衍射强度下降。第I类应力属于宏观应力,第II类及第III类应力属于微观应力。
7、织构及分类
多晶材料各晶粒的取向按某种趋势有规则排列,称为择优取向或织构,可分为丝织构和板织构。丝织构特点是某晶向趋向于与某宏观坐标平行,其它晶向对此轴呈旋转对称分布。板织构常存在于轧制板材中,特点是各晶粒的某晶向与轧向平行。
8、衍射实测线形、几何线形及物理线形
衍射实测线形或综合线形,是由衍射仪直接测得的衍射线形。衍射线几何线形也称仪器线形,主要与光源、光栏及狭缝等仪器实验条件有关。物理线形,主要与被测样品组织结构如晶块细化和显微畸变等有关。
9、影响衍射谱线宽度的样品因素
样品中的晶块细化、显微畸变、位错及层错等晶体不完整因素,必然影响到X射线的空间干涉强度及其分布,在稍偏离布拉格方向上会出现一定的衍射,从而导致衍射峰宽化和峰值强度降低。
10、 Rietveld结构精修
首先构造晶体结构模型,尝试安排各个原子的空间位置,利用衍射强度公式及结构因子公式计算出衍射线的理论强度值,并与实测衍射强度值比较。反复调整晶体结构模型,最终使计算衍射强度值与实测衍射强度相符,直至偏差因子为最低,最终即可得到实际的晶体结构模型。
1、试总结简单立方点阵、体心立方点阵和面心立方点阵的衍射线系统消光规律 简单立方点阵:晶胞中原子数1,坐标(000),F2?f2,结构因子与hkl无关,不存在消光现象。
2 体心立方点阵:晶胞中原子数2,坐标(000)及(1/2,1/2,1/2),当h?k?l为偶数时F?4f2,当
h?k?l为奇数时F2?0,只有晶面指数之和为偶数时才会出现衍射现象,否则即消光。
面心立方点阵:晶胞中原子数4,坐标(000)、(1/2,1/2,0)、(0,1/2,1/2)及(1/2,0,1/2),当hkl全为奇数或全为偶数时F2?16f2,当hkl为奇偶混合时F?0,只有晶面指数为全奇数或全偶数时才会
2出现衍射现象,否则即消光。
2、已知Ni 对Cu靶Kα和Kβ特征辐射的线吸收系数分别407cm和2448cm,为使Cu靶的Kβ线透射系数是Kα线的1/6,求Ni滤波片的厚度
-1
-1
I?/I0??exp(?407x),I?/I0??exp(?2448x)
(I?/I0?)(I?/I0?)?exp(?2041x)?1/6 x?ln(6)/2041?9?10?4cm
3、体心立方晶体点阵常数a=0.2866nm,用波长λ=0.2291nm照射,试计算(110)、(200)及(211)晶面可能发生的衍射角
d?ah2?k2?l2
d110?0.2866/2 ,d200?0.2866/2 ,d211?0.2866/6 2??2 arc?sin??(2d)? ?
2?110?2 arcsin(0.2291?2/0.2866/2)?
???? 2?200?2 arc?sin(0.2291/0.2866)2?211?2 arcsin(0.2291?6/0.2866/2)?
4、立方晶体d?a/(h2?k2?l2)1/2,已知晶胞参数a=0.405 nm,射线波长λ=0.154 nm,试计算其(200)晶面衍射2?角 [假定arcsin(0.38)≈22.36度,保留小数点后两位]
??d?ah2?k2?l2 ?0.4052??1/2
??arcsin??(2d)? ?arcsin(0.38) ?22.362??44.72
5、误差公式?d/d?(cot?)??,已知衍射角2?=44.72±0.22度,试计算相应的晶面间距相对误差 [假定cot (22.36)≈2.43,保留小数点后四位]
?dd??cot?? ??? ??cot(44.72/2)?? (0.22/2)?3.14/180 ?0.0047
6、已知衍射峰积分宽度为β=0.25度,X射线波长λ=0.154 nm,布拉格角?=19.23度,试根据谢乐公式计算亚晶粒尺寸 [假定cos(19.23)≈0.94,计算结果取整数]
D????cos?? ?0.154 ??0.25?3.14/180??cos(19.23)? ?38nm
7、试述布拉格公式2dHKLsinθ=λ中各参数的含义,以及该公式有哪些应用?
(1)用已知波长的X射线去照射未知结构的晶体,通过衍射角的测量求得晶体中各晶面的间距d,从而揭示晶体的结构,这就是结构分析(衍射分析);
(2)用已知晶面间距的晶体来反射从样品发射出来的X射线,通过衍射角的测量求得X射线的波长,这就是X射线光谱学。该法除可进行光谱结构的研究外,从X射线波长尚可确定试样的组成元素。电子探针就是按照这一原理设计的。