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1、1.10 晶体结构的实验确定与X和射线衍射X射线衍射l劳厄提出晶体作为X光衍射光栅l衍射理论:当辐射波长与晶格中原子间距相比数量级相等或更小时，可发生显著衍射。l晶体中原子数量级为10-10m，辐射波长应小于10-10m。lX射线：由高压电加速后的电子高速撞击金属靶材后产生X射线。铝、镁、钨、钼 18851885年年伦伦琴琴发现了穿透发现了穿透性很强的射线性很强的射线称称射线射线劳劳 厄厄 斑斑 点点铅板铅板单晶片单晶片 照照像像底底片片 单晶片的衍射单晶片的衍射19121912年劳厄实验年劳厄实验X 射线射线冷却水冷却水 X X射线的衍射射线的衍射K劳劳厄厄斑斑点点晶体可看作三维立体光栅晶体
2、可看作三维立体光栅掌握晶体点阵结构掌握晶体点阵结构根据劳厄根据劳厄斑点的斑点的分布可算出晶面间距分布可算出晶面间距 晶体晶体底底片片铅铅屏屏X 射射线线管管劳厄斑劳厄斑德国物理学家德国物理学家劳厄劳厄M.von.Laue (1879-1960)布布 拉拉 格格 反反 射射入射波入射波散射波散射波 1913年英国年英国布喇格父子布喇格父子提出了一种解释射线提出了一种解释射线衍射的方法，给出了定量结果，并于衍射的方法，给出了定量结果，并于1915年荣获物年荣获物理学诺贝尔奖理学诺贝尔奖掠射角掠射角晶格常数晶格常数 相邻两个晶面反射的相邻两个晶面反射的两两X射线射线干涉加强的条件干涉加强的条件 布喇
3、格公式布喇格公式布喇格父子布喇格父子(W.H.Bragg, W.L.Bragg) 用途用途 测量射线的波长研究测量射线的波长研究X X射线谱，进而研究原子射线谱，进而研究原子结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能. .例如对大例如对大分子分子 DNADNA 晶体的成千张的晶体的成千张的X X射线衍射照片的分析，显示射线衍射照片的分析，显示出出DNADNA分子的分子的双螺旋结构双螺旋结构. .DNA DNA 晶体的晶体的X衍射照片衍射照片DNA DNA 分子的双螺旋结构分子的双螺旋结构 布拉格公式布拉格公式1.10.1 X射线衍射的基本原理晶体对辐射的散
4、射可看作是一系列晶面对辐射的散射。单色辐射源，且和观测点距晶体的距离都大于晶体的线度，入射光和散射光都看作是平行光。散射前后波长不变。散射辐射间相互加强的条件为： n=1,2,3.称为衍射级数 布拉格定律S0ABOPS点P： Rl=l1a1+l2a2+l3a3，Rl是布喇菲点阵中由原胞基矢a1，a2，a3构成的矢量，S0和S是入射线和衍射线的单位矢量，经过O点和P点衍射后光程差为：布拉格定律虽然简单,但物理模型太简单。在实际情况下，衍射条件不仅和面间距有关，还和晶面上原子的分布及种类有关。需要考虑更复杂的情况，如下图：原子可向空间任何方向散射X光线，只有一些固定方向可形成衍射。劳厄方程 衍射加
5、强的条件为：Rl(S-S0)=u 劳厄方程其中当u取1时，即1级衍射，正好对应晶面间距。N=1，入射波矢为k0的情况1.10.2 厄瓦尔反射球由于Gh是倒易矢量，其两端必是两个倒易格点。二维晶格点阵：a1 a2倒易点阵：b 1b2kk0Ghkk0倒易点阵：b 1b2举例：晶格常数为d的简立方晶体， 其倒易空间为 的简立方结构设入射波长为d(nm)，入射角度为30，反射角也为301.10.4 X射线衍射实验的基本方法1 劳厄法2 转动单晶法3 粉末法（德拜法）转动单晶法1.10.5 电子衍射、中子衍射X射线波长：主要研究晶格结构电子束波长：德布罗意波电子束散射能力强，透射能力弱，主要研究薄膜结构中子束德布罗意波长：中子具有磁性，适于磁性晶体结构研究，以及晶体中氢碳的位置电子衍射图钨原子的照片
