X射线衍射原理详解及Bragg公式

"X射线衍射原理.ppt" X射线衍射原理是研究晶体结构的重要工具，它基于电磁波与物质相互作用的物理现象。本资料是安杰伦公司提供的培训课件，旨在深入讲解X射线衍射的基础知识。以下是关于X射线衍射原理的详细解释： 1. **X射线衍射的物理模型**：当X射线照射到晶体时，晶体内部的原子会对X射线进行散射。由于晶体的原子周期性排列，不同原子产生的散射波在空间中形成固定的位相关系，进而产生干涉。在特定的角度上，这些散射波的相位对齐，相互增强，形成衍射图案。这些特定角度被称为衍射方向，衍射强度则由晶胞内的原子种类和分布决定。 2. **晶体衍射Bragg公式**：Bragg定律（2dsinθ=hklλ）是衍射现象的核心，其中d是晶面间距，hkl是晶面指数，θ是衍射角，λ是X射线的波长。Bragg公式表明，只有当X射线的光程差等于波长的整数倍时，才会发生衍射。这实际上意味着衍射发生的条件是散射波的相位一致。 3. **衍射级数与衍射面**：根据Bragg公式，衍射角θ与波长λ及晶面间距d之间的关系决定了衍射的级数（n）。衍射级数受到限制，因为sinθ的最大值不能超过1，这意味着对于给定的λ和d，衍射可能发生的方向是有限的。通常，X射线的波长范围在0.25-5.0nm之间，选择合适的X射线波长有助于分析晶体结构。 4. **倒易点阵与厄瓦尔德图解**：倒易点阵是对实际晶体结构的数学抽象，它描述了在三维空间中可能产生衍射的晶面分布。厄瓦尔德图解是一种可视化工具，用于展示X射线如何在晶体中传播并形成衍射花样，帮助理解衍射图案的形成原理。 5. **衍射束的强度**：衍射束的强度不仅与晶面间距、衍射角和X射线波长有关，还受到晶体内部原子的电子密度分布、晶体取向以及X射线源的特性等因素影响。通过分析衍射束的强度，可以推断出晶体的原子排布、晶胞参数以及晶体的缺陷等信息。 X射线衍射技术广泛应用于材料科学、化学、地质学和生物学等领域，用于确定晶体的结构、测定晶格常数、识别化合物以及研究材料的微观结构。通过这一技术，科学家们能够深入了解物质的基本性质，从而推动科技的发展。