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材料测试技术第二章 X射线衍射分析.ppt

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材料测试技术第二章 X射线衍射分析.ppt
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X射线衍射分析(基础与应用) X-ray Diffraction(XRD) Analysis (Foundations and Applications),现代材料分析测试方法-I,郑州航空工业管理学院 机电工程学院 张新房,◆,◆,◆,联系方式:teaoren@tom.com, QQ:28595796,第一节 X射线的性质 第二节 X射线衍射方向 第三节 X射线衍射强度 第四节 多晶体分析方法 第五节 X射线物相分析 第六节 宏观应力测定,第一节 X射线的性质,伟大的物理学家,X射线发现者-----伦琴 X射线:未知数,1.1 引 言,1895年德国物理学家---“伦琴”发现X射线1895-1897年伦琴搞清楚了X射线的产生、传播、穿透力等大部分性质 1901年伦琴获诺贝尔奖(第一人) 1912年劳埃进行了晶体的X射线衍射实验,第一次将X射线和晶体结构联系起来。一方面证明了X射线是一种波,另一方面开创了用X射线研究晶体结构的新领域。,W.C.Rontgen,布拉格及其所用的试验装置,1912年,英国物理学家布拉格父子利用X射线衍射方法测定了NaCl晶体结构,并推导出布拉格方程,开始了X射线晶体结构分析的历史; 1916年,德拜(Debye)、谢乐(Scherrer)提出“粉末法”; 1928年,盖革(Geiger)首先用记录器来记录X射线,导致X射线衍射仪的产生; 目前X射线广泛地应用于医学、工程、材料、宇航事业上。例如:可进行人体探伤,晶体结构分析、无损探伤等。,衍射分析技术的发展,与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单,X射线最早的应用,在X射线发现后几个月医生就用它来为病人服务右图是纪念伦琴发现X射线100周年发行的纪念封,伦 琴,李鸿章在X光被发现后仅7个月就体验了此种新技术,成为拍X光片检查枪伤的第一个中国人。,历史上影响最大的10个实验,X射线的系列实验,霍奇金是研究X射线衍射技术的先驱者,她利用X射线衍射技术技术成功的揭示了复杂的化学药品——青霉素的结构。1928年,科学家亚历山大发现了这种杀菌药品,科学家们致力于提纯该药品以便研究出一种可行的治疗方法。通过测绘青霉素原子的3D排列图,霍奇金研究出了新的青霉素合成方法,为医生们治疗感染带来了新的希望。 之后,霍奇金采用同样的技术,研究明白了维生素B12的结构。她在1964年获得了诺贝尔化学奖,这是其他女性无法企及的一项荣誉。,利用x射线对细小晶体进行结构分析,1.2 X射线的本质,人的肉眼看不见X射线,但X射线能使气体电离,使照相底片感光,能穿过不透明的物体,还能使荧光物质发出荧光。 X射线呈直线传播,在电场和磁场中不发生偏转;当穿过物体时仅部分被散射。 X射线对动物有机体(其中包括对人体)能产生巨大的生理上的影响,能杀伤生物细胞。,X射线的特性,X射线的本质是电磁辐射,与可见光完全相同,仅是波长短而已,因此其同样具有波粒二象性。,(1)波动性 (2)粒子性 相关习题,X射线具有波粒二相性,波动性,X射线的波长范围(图1-1) 10~0.001nm 用于晶体结构分析 0.25~0.05nm 用于金属探伤 0.1~0.005 用于光刻 5~0.4nm,,,硬X射线:波长较短的硬X射线能量较高,穿透性较强,适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。 软X射线:波长较长的软X射线能量较低,穿透性弱,可用于非金属的分析。 X射线波长的度量单位常用埃(Å)或晶体学单位(kX)表示;通用的国际计量单位中用纳米(nm)表示,它们之间的换算关系为: 1nm=10 Å =10-9m 1kX=1.0020772±0.000053 Å (1973年值)。,粒子性,特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量。 表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如光电效应;二次电子等。 X射线的频率、波长λ及其光子的能量ε、动量p之间存在如下关系: 式中h——普朗克常数,等于6.625× J.s; c——X射线的速度,等于2.998× cm/s.,相关习题:,1.试计算波长0.71 Å (Mo-Kα)和1.54 Å (Cu- Kα)的X射线束,其频率和每个量子的能量? 解答,习题解答,1.3 X射线的产生及X射线管,X射线的产生: X射线是高速运动的粒子(一般用电子)与某种物质相撞击后猝然减速,且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。 产生X射线的原因,(1)产生原理(重点) (2)产生条件 (重点) (3) X射线管 (4)过程演示,1.3 X射线的产生及X射线管,产生原理,X射线是高速运动的粒子(一般用电子)与某种物质
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