多晶二維x射線衍射

1、第五章第五章多晶二維多晶二維X射線衍射射線衍射【教學內(nèi)容】1布拉格定律和二維X射線衍射設備。2二維X射線衍射技術的特點及應用。3深度（取向）分辨的立體XRD譜?！局攸c掌握內(nèi)容】1布拉格定律和二維X射線衍射設備。2二維X射線衍射技術的特點及應用?！玖私鈨?nèi)容】深度（取向）分辨的立體XRD譜?！窘虒W難點】二維X射線衍射技術的特點?！窘虒W目標】1了解二維衍射的基本原理，掌握二維衍射技術。2學會運用STD技術進行薄膜物相分析和厚度測定。3學會利用

2、立體XRD譜分析物相縱深變化和取向性，測定界面粗糙度?！窘虒W方法】以多媒體課堂教學為主，并通過一定的習題練習，使學生了解二維衍射的基本原理，掌握二維衍射技術，學會運用STD技術進行薄膜物相分析和厚度測定。第一節(jié)第一節(jié)引言一、實空間多晶一、實空間多晶X射線衍射術概要射線衍射術概要牛頓對光學的發(fā)展迄今已300多年，而他的定律、思想和方法仍然具有重大的意義，并服務于人類。自倫琴發(fā)現(xiàn)X射線百年以來，X射線晶體學的發(fā)展就是證明明，換言之，X射線晶

3、體學是在牛頓光學的基礎上發(fā)展起來的。本書旨在根據(jù)X射線二重性的本質(zhì)，以及作用于晶體物質(zhì)發(fā)出衍射X射線的現(xiàn)象，綜合近百年來多晶X射線衍射分析的實踐，發(fā)展一些普遍規(guī)律，據(jù)此提出二維X射線衍射理論模型。該模型以一套四位一體的數(shù)學方程組的形式表現(xiàn)出來，將這套模型用于多晶衍射分析，有效地克服了目前習慣采用的衍射分析方法的局限性。依據(jù)之套數(shù)學模型對各種已有的實驗發(fā)現(xiàn)（包括衍射設備和方法）作合理的歸納和解釋，從而使衍射分析步入新階段。二、二、X射線服

4、從光學的四大定律射線服從光學的四大定律X射線是一種波長很短的電磁波，即光波，遵守光學現(xiàn)象的四個基本定律，光的直線傳播定律，諸光束的獨立性定律，光從鏡面上反射的定律以及光在兩種媒質(zhì)界面上折射的定律。對于這些定律的進一步研究表明，第一，這些定律具有遠比乍看起來要深刻得多的意義；第二，這些定律的應用是有限制的，它們只不過是近似的定律而已。諸基本定律對X射線的具體應用條件和范圍的確定，表明了對X射線衍射本質(zhì)認識的重大進步。三、實空間三、實空間X

5、射線晶體學研究射線晶體學研究1913年，Ewald根據(jù)Gibbs的倒易空間觀念，提出了倒易點陣的概念以及反射球的構造方法。目前仍廣泛用于X射線衍射學中，這對于解釋各種衍射現(xiàn)象，曾起到極為有益的作用。但是，如果把反射球、倒易球以及由此演化出來的極圖法用來解釋晶體學中的許多問題，例如取向、織構等問題時，則顯得費時旨力，有時甚至得不到預期的結果。本書基于對上述諸光學定律的理解，利用已有明確定義的入射線、衍射（反射）線以及入射角、衍射（反射）角

6、等概念，并結合晶體學研究特點，歸納出一套實空間晶體學坐標系。這套坐標系不同于通常意義上的三維笛卡兒直角坐標系，或者三維尤拉球極坐標系，相應的角度（坐標）變量是可以度量或經(jīng)過簡單運算得到的。由此，將來的X射線晶體學研究會擁有一個簡易而寬松的環(huán)境。再回到衍射設備的具體問題上，我們把測角儀看成一個閉合空間，X射線進入這處閉空間，通過該空間內(nèi)各運動部件的運轉(zhuǎn)，與目的物發(fā)生作用之后繼而以衍射X射線強度數(shù)據(jù)輸出?，F(xiàn)在用數(shù)學模型來代替閉合空間，輸出和

7、運轉(zhuǎn)方式與輸入相對應、相符合。這樣，我們的閉合空間是完全清楚、透明的，我們的問題可以在這個實空間里得到解決，而勿須舍些去求另外的什么空間。四、二維四、二維X射線衍射理論概述射線衍射理論概述綜上所述，通過X射線本質(zhì)的認識和理解，綜合近一個世紀以來的衍射分析實踐，我們歸納出一套四位一體的數(shù)學模型，該模型以布拉格定律為基礎，包括衍射線強度方程、方位角方程和掃描模式通式。首先。解釋“二維”的概念。二維就是兩個變量的意思，一個2θ角度變量，另一個

8、是新引進的α角度變量，以α和2θ為基礎，建立一套數(shù)學方程組，稱為XMF模型（多功能之意），該模型包括：（1）布拉格方程2dsimθ=nλ；（2）衍射線強度方程式I=J（α，2θ，t）ρ；（3）方位角方程ψ=ψ（α，θ）；（4）掃描模式=θ（α）2θ這四個方程組成一個閉合體系。在這個閉合體系中，包括X射線光路、測角儀、探測器和試樣以及它們之間的相互聯(lián)系。需要指出，強度方程中顯含一項晶粒密度（或取向）因子（ρ），對該因子的研究，極好地揭示了