X射线衍射原理详解及Bragg公式
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更新于2024-07-31
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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。
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