同濟大學(xué)現(xiàn)代測試方法與技術(shù)課件

1、復(fù)習(xí)1n考試時間:6月7號晚上n地點:教1-104、105、107、108、109n答疑時間：6月5-6號n地點：測試中心312室復(fù)習(xí)2第一章 X射衍射分析第一節(jié)第一節(jié) 原理和數(shù)據(jù)處理原理和數(shù)據(jù)處理第二節(jié)第二節(jié) X X射線強度和系統(tǒng)消光規(guī)律射線強度和系統(tǒng)消光規(guī)律第三節(jié)第三節(jié) 多晶結(jié)構(gòu)分析多晶結(jié)構(gòu)分析衍射指數(shù)標(biāo)定衍射指數(shù)標(biāo)定第四節(jié)第四節(jié) XRDXRD專題測試專題測試復(fù)習(xí)3單位晶胞單位晶胞 （unit cell）單位晶胞用平行六面體的三個軸長 a，b，c和三個軸角，表示，這六個參數(shù)即稱為晶胞參數(shù)。復(fù)習(xí)4各晶系獨立的晶胞參數(shù)各晶系獨立的晶胞參數(shù)復(fù)習(xí)5十四種布拉菲格子十四種布拉菲格子三斜三斜單斜單斜正

2、交正交四方四方立方立方復(fù)習(xí)6面網(wǎng)間距面網(wǎng)間距 各晶系的晶胞參數(shù)有不同的規(guī)律，下面根據(jù)晶系各晶系的晶胞參數(shù)有不同的規(guī)律，下面根據(jù)晶系的不同分別列出其面網(wǎng)間距的計算公式的不同分別列出其面網(wǎng)間距的計算公式。a）等軸晶系）等軸晶系 a=b=cb) 四方晶系四方晶系 a=bcc) 斜方晶系斜方晶系 abc復(fù)習(xí)7面網(wǎng)間距面網(wǎng)間距d）單斜晶系）單斜晶系 abc ；90e) 三斜晶系三斜晶系 abc90of) 三方及六方晶系三方及六方晶系按六方指標(biāo)化）按六方指標(biāo)化） a = bc=90o,=120o復(fù)習(xí)8倒格子復(fù)習(xí)92 倒格子的基本性質(zhì)倒格子的基本性質(zhì):倒格子與正格子相似倒格子與正格子相似,格點也是有規(guī)律地排

3、列格點也是有規(guī)律地排列正格子格點坐標(biāo)正格子格點坐標(biāo)(u,v,w) 其向量其向量倒格子格點坐標(biāo)倒格子格點坐標(biāo)(h,k,l) 其向量其向量1)正點陣正點陣L和倒易點陣和倒易點陣L*是互為倒易的是互為倒易的;2)倒易矢量倒易矢量hkl垂直于正格子的一組面網(wǎng)垂直于正格子的一組面網(wǎng)(hkl) h kl(hkl)3)倒易空間的一個結(jié)點代表正空間的一組面倒易空間的一個結(jié)點代表正空間的一組面,倒矢的長度倒矢的長度等于平面族的面間距的倒數(shù)等于平面族的面間距的倒數(shù). R*hkl=1/dhkl Ruvw=1/d*hkl）倒易點陣矢量與正點陣矢量的標(biāo)積必為整數(shù)）倒易點陣矢量與正點陣矢量的標(biāo)積必為整數(shù)cwbvauR*c

4、*b*a*Rlkh*R.h a*b *c*u avbch klu vwRklwh ukvlw復(fù)習(xí)10強度的表示絕對強度絕對強度是以單位時間內(nèi)單位面積通過是以單位時間內(nèi)單位面積通過的能量來表示的（通常不用）的能量來表示的（通常不用）積分（累積）強度積分（累積）強度某一種面網(wǎng)某一種面網(wǎng)“反射反射”射線的總數(shù)目射線的總數(shù)目用于定量分析、結(jié)構(gòu)分析用于定量分析、結(jié)構(gòu)分析。（每個衍射峰下的積分面積該衍射束在單位時間（每個衍射峰下的積分面積該衍射束在單位時間內(nèi)投射到探測器上的總能量。）內(nèi)投射到探測器上的總能量。）相對強度相對強度指同一衍射圖象中各衍射線強指同一衍射圖象中各衍射線強度的比值度的比值用于定性分析

5、用于定性分析復(fù)習(xí)1121cossin)2(cos13222222022230 MhklePFVVmceRII一、強度及影響因素一、強度及影響因素n積分衍射強度計算公式積分衍射強度計算公式前面三項為物理常數(shù)和儀器常數(shù)，前面三項為物理常數(shù)和儀器常數(shù)，后六項為與試樣的晶體結(jié)構(gòu)和實驗條件有關(guān)的因后六項為與試樣的晶體結(jié)構(gòu)和實驗條件有關(guān)的因子子結(jié)構(gòu)因子結(jié)構(gòu)因子多重性多重性因子因子角度因子角度因子溫度溫度因子因子吸收因子吸收因子復(fù)習(xí)12定義：是指一個晶胞中所有原子沿某衍射方定義：是指一個晶胞中所有原子沿某衍射方向向(hkl(hkl) )所散射的所散射的X X射線的合成波。此合成波射線的合成波。此合成波的振幅

6、為的振幅為|F|Fhklhkl| |，稱為結(jié)構(gòu)振幅。，稱為結(jié)構(gòu)振幅。結(jié)構(gòu)因子結(jié)構(gòu)因子 FhklFhklhklXF一個晶胞中全部原子所散射的 射線合成波的振幅一個電子所散射的X射線的振幅11jjniejnijjejAf eFf eA復(fù)習(xí)13)(2lzkyhxnjlzkyhxijhkljjjefF1)(2由于由于hkl晶面上的原子（坐標(biāo)為晶面上的原子（坐標(biāo)為xyz）與原點處）與原點處原子經(jīng)原子經(jīng)hkl晶面反射后的位相差晶面反射后的位相差，可以由反，可以由反射面的晶面指數(shù)和原子坐標(biāo)來表示：射面的晶面指數(shù)和原子坐標(biāo)來表示：因此，對于因此，對于hkl晶面的結(jié)構(gòu)因子為：晶面的結(jié)構(gòu)因子為：晶胞對某晶胞對某h

7、kl衍射強度的決定因素衍射強度的決定因素（1）各原子的散射振幅）各原子的散射振幅fj，（，（2）原子的坐標(biāo)，）原子的坐標(biāo)，（3）衍射面的指數(shù)）衍射面的指數(shù)。njjjjjjjjhkllzkyhxilzkyhxfF1)(2sin)(2cos復(fù)指數(shù)表達(dá)方式復(fù)指數(shù)表達(dá)方式三角表達(dá)方式三角表達(dá)方式復(fù)習(xí)14由于由于FH K L=0而使衍射線消失的現(xiàn)象稱為而使衍射線消失的現(xiàn)象稱為系統(tǒng)系統(tǒng)消光消光。系統(tǒng)消光包括。系統(tǒng)消光包括點陣消光點陣消光和和結(jié)構(gòu)消光結(jié)構(gòu)消光。產(chǎn)生衍射的充分條件應(yīng)該是產(chǎn)生衍射的充分條件應(yīng)該是同時同時滿足布拉格方滿足布拉格方程和程和FH K L0。 在復(fù)雜陣胞中，由于面心或體心上有在復(fù)雜陣胞中

8、，由于面心或體心上有附加陣點附加陣點（陣胞中（陣胞中的陣點數(shù)大于的陣點數(shù)大于1）或者每個陣點代表）或者每個陣點代表兩類以上等同點兩類以上等同點的的復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，會使某些，會使某些(HKL)反射的反射的FH K L=0。雖然。雖然這些方向仍然滿足衍射條件，但由于衍射強度等于零這些方向仍然滿足衍射條件，但由于衍射強度等于零而觀測不到衍射線。而觀測不到衍射線。 復(fù)習(xí)15復(fù)習(xí)16系統(tǒng)消光分析應(yīng)系統(tǒng)消光分析應(yīng)注意注意:n按順序進(jìn)行按順序進(jìn)行hk0型（型（h0l 0kl)h00型型 (0k0 00l)因為一種消光規(guī)律可以掩蓋另一種消光規(guī)律因為一種消光規(guī)律可以掩蓋另一種消光規(guī)律，如：體，如：體心點陣，心

9、點陣，h+k+l=偶數(shù)時有衍射，但對偶數(shù)時有衍射，但對hk0型，不能分型，不能分析斷定析斷定hk0偶數(shù)時，有二次螺旋軸，也不能斷定有偶數(shù)時，有二次螺旋軸，也不能斷定有滑移面滑移面復(fù)習(xí)17粉末衍射卡片索引粉末衍射卡片索引 哈那瓦爾特哈那瓦爾特(Hanawalt)索引索引Powder Diffraction File Search Manual Hanawalt Method Inorganic, 是一種按d值編排的數(shù)字索引，是鑒定未知物物相時主要使用的索引。芬克芬克(Fink)索引索引Fink Inorganic Index to the Powder Diffraction File,也是一種

10、按d值編排的索引，但其編排原則與哈氏索引有所不同。它主要是為強度失真的衍射花樣和具有擇優(yōu)取向的衍射花樣設(shè)計的。字母索引（字母索引（Alphabetical Index) 按礦物英文名稱的字母順序排列。只有三條最強線。名稱后面注有“syn”-synthetic者為人造礦物。 復(fù)習(xí)18Hanawalt索引索引-哈氏哈氏索引索引d值排列方法索引中以八條最強線的d值(四舍五入到小數(shù)點后兩位)和相對強度來表征的。即8條強線d值按相對強度遞減的順序排列 每條強線的相對強度寫在其d值的右下角，原來的百分制的相對強度值用四舍五入的辦法轉(zhuǎn)換成十級制，其中10用X來表示.當(dāng)衍射花樣中某條衍射線的相對強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其

11、它所有線時,則將其用g來表示,而次強度用X表示. 復(fù)習(xí)19X射線物相分析射線物相分析-定性鑒定定性鑒定單一物相的鑒定單一物相的鑒定 將所得某一結(jié)晶物質(zhì)之衍射數(shù)據(jù)(或圖譜)d和I/I1值與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)之衍射數(shù)據(jù)之衍射數(shù)據(jù)(或圖譜或圖譜)進(jìn)行對比，如果兩者能夠吻合，就表明試樣與該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是同一種物相，從而作出鑒定。 混合物相的鑒定混合物相的鑒定 如果在試樣中存在兩如果在試樣中存在兩種以上不同結(jié)構(gòu)的種以上不同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)時，每種物質(zhì)物質(zhì)時，每種物質(zhì)所特有的衍射花樣所特有的衍射花樣不變，多相試樣的不變，多相試樣的衍射花樣只是由它衍射花樣只是由它包含物質(zhì)的衍射花包含物質(zhì)的衍射花樣機械疊加而成。樣機械疊

12、加而成。復(fù)習(xí)20基本原則:n先了解樣品來源,制備工藝,化學(xué)成分,估計可能物相,按字母索引去查.復(fù)習(xí)21物性定性分析應(yīng)注意的事項 d值比I/I1更為重要,比對時d值須相當(dāng)符合,一般只能在小數(shù)點后第二位有分歧.重視小角度區(qū)域的衍射線即:低角度的d值比高角度的d值重要強線比弱線重要.特征線重要-不與其它線重疊的線不能斷言某相絕對不存在,只能肯定某相存在.結(jié)合其它信息。如成份，熱處理過程等等供助其它分析測試方法共同表征復(fù)習(xí)22定量分析方法n1、直接對比法、直接對比法n2、外標(biāo)法、外標(biāo)法n3、內(nèi)標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)法n4、K值法值法n5、增量法、增量法n6. 無標(biāo)樣法無標(biāo)樣法復(fù)習(xí)23定量實驗技術(shù) 1、制樣：、制樣

13、：（1）樣品細(xì)度：過樣品細(xì)度：過300目篩，混樣時間要長，要充分研目篩，混樣時間要長，要充分研磨和混和。避免重壓以減少擇優(yōu)取向；磨和混和。避免重壓以減少擇優(yōu)取向；（2）多次制樣，多次測量強度，取平均值；）多次制樣，多次測量強度，取平均值；（3）測量過程中，使試樣繞其表面法線不斷轉(zhuǎn)動等辦）測量過程中，使試樣繞其表面法線不斷轉(zhuǎn)動等辦法消除擇優(yōu)取向。法消除擇優(yōu)取向。2、衍射峰選擇（分析線）：只要一條、衍射峰選擇（分析線）：只要一條條件（條件（1）不與其它線重疊（孤立峰）不與其它線重疊（孤立峰） （2）應(yīng)有足夠的強度，最好是強峰）應(yīng)有足夠的強度，最好是強峰 （3）沒有擇優(yōu)取向）沒有擇優(yōu)取向3、參考相的

14、選擇：、參考相的選擇：（1）純相）純相（2）參考相要有一個強峰不與其它峰重疊，且靠）參考相要有一個強峰不與其它峰重疊，且靠 近分析峰近分析峰24二、衍射線指數(shù)標(biāo)定和晶胞參數(shù)確定二、衍射線指數(shù)標(biāo)定和晶胞參數(shù)確定1.立方晶系：立方晶系：222221hklhklad11 12222222111211ii ih k liiih k ldhklhkld1 1 12222222111211i i ih k liiih k ldhklhkld應(yīng)為整數(shù)25方法和步驟方法和步驟 na 、根據(jù)實驗得到相應(yīng)的、根據(jù)實驗得到相應(yīng)的d，并由，并由低角度低角度開始設(shè)第一條線為開始設(shè)第一條線為d1，第，第i條線為條線為di

15、， 計算所有比值計算所有比值n b 、定第一條線指標(biāo)：定第一條線指標(biāo)：若比值大部分或全若比值大部分或全部是部是整數(shù)整數(shù)，低角度第一條是，低角度第一條是(100);n比值中只有一小部分是整數(shù)，其余小數(shù)部比值中只有一小部分是整數(shù)，其余小數(shù)部分是分是0.5，則為，則為(110)；n若小數(shù)部分是若小數(shù)部分是0.33或或0.67則為則為(111)22111idd=N11 12222222111211ii ih k liiih k ldhklhkldN=1N=2N=326c. 將將 比值乘第一條線的指標(biāo)的平方比值乘第一條線的指標(biāo)的平方和（和（h12+k12+l12）化為整數(shù)）化為整數(shù) .d. 若有平方和不

16、可能出現(xiàn)的數(shù)為若有平方和不可能出現(xiàn)的數(shù)為7、15、23、乘以乘以2消去。消去。e .根據(jù)上述根據(jù)上述 得出的整數(shù)定（得出的整數(shù)定（hkl），結(jié)合消光規(guī)律。并），結(jié)合消光規(guī)律。并可求出晶胞參數(shù)。可求出晶胞參數(shù)。 22111idd1112222222111211iiihkliiihkldhklhkld復(fù)習(xí)27四方晶系指標(biāo)化28步驟(1)由由 ， 找比值（找比值（ 的比值）為的比值）為1：2：4：5：8：9的線條，找的線條，找1/a2公因子，如例公因子，如例1/a2 =0.0517、a=4.397(2)列差值表（列差值表（ - ），（），（ - ），（），（ - ）找以找以（ - ）為因子即為）為因

17、子即為 ，如，如 =（ - ）=0.1218,即即C=2.865(3)定指標(biāo)定指標(biāo) 1型指標(biāo)按型指標(biāo)按 2hkl 型指標(biāo)：型指標(biāo)：l0的指數(shù)：具有公因子的差值在的指數(shù)：具有公因子的差值在哪一列哪一列就具就具有哪一列的有哪一列的hk 的指數(shù)：的指數(shù)：21dd 21d21a0A21d21d21d22a24a21a21d21c21c21d21a 222222112233222123111:1:2:4:5:8hkhkhkddd公因子具有公因子差值229nhk0型找出第一條，凡是在1/d2比值符合規(guī)律的線是hk0型，n根據(jù)（h2+k2）比值確定h,k值。n除上述值外，其余值在差值里面找，有公因子的，根據(jù)

18、差值中n/a2的n值(n=h2+k2)確定h,k，根據(jù)公因子的倍數(shù)為L2確定L值。30n4.1與精測峰位有關(guān)的測試項目n4.1.1晶胞參數(shù)的精確測量n4.1.2晶胞中原子數(shù)目的測定n4.1.3固溶體組分的測定n4.1.4材料內(nèi)部殘余應(yīng)力測定n4.1.4晶粒尺寸與點陣畸變測定晶粒尺寸與點陣畸變測定（精測寬度）（精測寬度）312 精確測定晶胞參數(shù)途徑 2d sin 2d sin （1 1） 求微分求微分 2 2 d sin d sin 2d cos2d cos （2 2）（2 2）/(1) /(1) / / = = d/d + ctgd/d + ctg 不考慮波長誤差，則不考慮波長誤差，則 d/d

19、 d/d ctgctg 當(dāng)當(dāng)9090，ctgctg0 0， 若若恒定，則恒定，則 越大，計算得出的越大，計算得出的d d誤差越小誤差越小面間距的相對誤差不僅取決于衍射線位置的測量誤差，面間距的相對誤差不僅取決于衍射線位置的測量誤差，并且還與衍射線位置并且還與衍射線位置 有關(guān)，愈接近有關(guān)，愈接近9090時，所得的面時，所得的面間距相對誤差愈小。間距相對誤差愈小。 （）選高角度衍射線（）選高角度衍射線（）盡可能減小（）盡可能減小 角的測量誤差角的測量誤差32精測點陣參數(shù)的方法n1、外推法n2、最小二乘法33標(biāo)樣選擇原則：標(biāo)樣選擇原則：a.在待測的角度范圍、標(biāo)樣的分析峰與待測物的在待測的角度范圍、標(biāo)

20、樣的分析峰與待測物的分析峰不能重疊，且兩者越接近越好，精度越分析峰不能重疊，且兩者越接近越好，精度越高。高。b.晶粒盡可能一致，晶粒盡可能一致，c.純度越高越好純度越高越好(2) 方法：方法：1034（）試樣百分比：（）試樣百分比：以二者衍射線強度不要相差太大為原則。以二者衍射線強度不要相差太大為原則。待測樣分析線的選擇待測樣分析線的選擇22222,00,0 0,00,10hkoalchooakblchkhkabda.在盡可能高的角度選衍射線b.立方晶系任何指標(biāo)的都可選一條c.中級晶系選型測型測 或任何兩條解方程d.正交:型測型測型測型測:三條解方程35峰位的精確測定：n（1）半高法；用半峰高

21、處峰寬的中點作為峰的位置。n（2）三點拋物線法：當(dāng)峰形較為漫散時，用半高寬法容易引起較大誤差，可將峰頂部位假定為拋物線型，用所測量的強度數(shù)據(jù)擬合拋物線，求其最大值對應(yīng)的2 角即為峰位。 36n（3）質(zhì)心法：（矩心法）精確測定晶胞參數(shù)時用。n以背景線以上整個衍射峰面積之質(zhì)心所在的2為峰位。37n若存在若存在宏觀宏觀內(nèi)應(yīng)力，則宏觀尺寸必然產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，則宏觀尺寸必然產(chǎn)生改變。在彈性范圍內(nèi)，宏觀彈性應(yīng)變的數(shù)改變。在彈性范圍內(nèi)，宏觀彈性應(yīng)變的數(shù)值可用值可用某一晶面間距的變化某一晶面間距的變化來表征，來表征，即可即可用相應(yīng)衍射用相應(yīng)衍射峰位峰位的變化來表征。的變化來表征。n若存在若存在微觀應(yīng)力微觀應(yīng)力，晶

22、粒會產(chǎn)生很大的塑性，晶粒會產(chǎn)生很大的塑性變型，引起變型，引起晶粒的晶格歪扭、彎曲晶粒的晶格歪扭、彎曲使不同使不同晶粒內(nèi)的同一組晶面間距發(fā)生不規(guī)側(cè)的變晶粒內(nèi)的同一組晶面間距發(fā)生不規(guī)側(cè)的變化，從而化，從而造成衍射線寬化造成衍射線寬化精測峰寬的精測峰寬的問題。問題。 38n利用利用X射線測定晶粒尺寸與點陣畸變是利射線測定晶粒尺寸與點陣畸變是利用用X射線衍射線型的寬化來進(jìn)行的射線衍射線型的寬化來進(jìn)行的n（一）線形寬化種類。（一）線形寬化種類。n1儀器線形儀器線形g(x)與儀器寬度與儀器寬度bn2、物理線形、物理線形f(x)與物理寬化與物理寬化fn3、試樣線形、試樣線形h(x) (實驗線形）與實驗寬度實

23、驗線形）與實驗寬度B 39（二）、線的寬度表示方法：（二）、線的寬度表示方法：n三種表示方法：半高寬度法、積分寬度三種表示方法：半高寬度法、積分寬度法、方差法。法、方差法。403、微晶寬化與點陣畸變寬化的區(qū)分：、微晶寬化與點陣畸變寬化的區(qū)分：n分析計算公式分析計算公式 cosKD平coskD4dctgd平4dtgd點陣畸變點陣畸變 微晶引起的寬化與畸變引起的寬化遵循不同的規(guī)律，微晶引起的寬化與畸變引起的寬化遵循不同的規(guī)律，即微晶寬化與即微晶寬化與sec和和成正比，成正比，而畸變引起的寬化與而畸變引起的寬化與tg成正比成正比，所以可以由兩種，所以可以由兩種方法來區(qū)分寬化是由何種因素引起。方法來區(qū)

24、分寬化是由何種因素引起。微晶尺寸微晶尺寸41n用不同波長的幅射進(jìn)行測試，如果衍射用不同波長的幅射進(jìn)行測試，如果衍射線寬線寬隨波長而改變，隨波長而改變， 則寬化由則寬化由微晶引起，反之由微觀應(yīng)力引起。微晶引起，反之由微觀應(yīng)力引起。coskD42n若若 為常數(shù)，微晶寬化。為常數(shù)，微晶寬化。（同一面網(wǎng)）（同一面網(wǎng)）n若若 為常數(shù)（畸變）或為常數(shù)（畸變）或 為為常數(shù)（應(yīng)力），則寬化由畸變、微觀應(yīng)力常數(shù)（應(yīng)力），則寬化由畸變、微觀應(yīng)力引起。（不必同一面網(wǎng)）引起。（不必同一面網(wǎng)）coskDctgctgE4dctgd平對所研究試樣對所研究試樣利用不同衍射級（不同衍射角）利用不同衍射級（不同衍射角）的衍射線寬

25、，觀察各衍射線寬的衍射線寬，觀察各衍射線寬隨隨角的變化規(guī)律，角的變化規(guī)律，即晶?；蚧?yōu)槌?shù)（同一波長衍射）即晶粒或畸變?yōu)槌?shù)（同一波長衍射）43四、實驗方法：四、實驗方法：n如何獲得物理寬度？如何獲得物理寬度？測寬度測寬度儀器寬度儀器寬度實驗寬度實驗寬度求物理寬度求物理寬度（1）近似函數(shù)法）近似函數(shù)法（2）方差法）方差法（3）付式變換）付式變換44結(jié)晶度的定義：結(jié)晶度的定義：n物質(zhì)中結(jié)晶部分所占總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。物質(zhì)中結(jié)晶部分所占總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。設(shè)結(jié)晶部分的質(zhì)量為設(shè)結(jié)晶部分的質(zhì)量為MC，非晶部分的質(zhì)量，非晶部分的質(zhì)量為為MA，則，則結(jié)晶度結(jié)晶度XC為為100%100%(1)CCCAMXMM結(jié)晶

26、部分質(zhì)量結(jié)晶部分質(zhì)量非晶部分質(zhì)量45擇優(yōu)取向的測定：（結(jié)構(gòu)、取向度）擇優(yōu)取向的測定：（結(jié)構(gòu)、取向度） n含義：在多晶試樣中，如果各晶粒在空含義：在多晶試樣中，如果各晶粒在空間的排列是完全無序的，各方向分布相間的排列是完全無序的，各方向分布相同，所得衍射強度接近理論值即相對強同，所得衍射強度接近理論值即相對強度與度與JCPDS（PDF）卡相同，若某些晶）卡相同，若某些晶面的取向有一定規(guī)律，如平行于某一方面的取向有一定規(guī)律，如平行于某一方向排列，則衍射強度偏離理論值，這種向排列，則衍射強度偏離理論值，這種現(xiàn)象叫擇優(yōu)取向?，F(xiàn)象叫擇優(yōu)取向。46第二章第二章 電子顯微鏡分析電子顯微鏡分析47 X射線衍射

27、儀 電子探針儀 掃描電鏡特征X射線 二次電子韌致輻射 入射電子 背散射電子陰極熒光 吸收電子 俄歇電子 試 樣 透射電子 衍射電子 俄歇電鏡 透射電子顯微鏡 電子衍射儀圖13 電子與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的信息及相應(yīng)儀器48透射電鏡分析透射電鏡分析電子衍射花樣電子衍射花樣電子顯微圖象電子顯微圖象相位襯度相位襯度斑點花樣斑點花樣環(huán)花樣環(huán)花樣振幅襯度振幅襯度質(zhì)厚襯度質(zhì)厚襯度衍射襯度衍射襯度透射束與散射束透射束與散射束相互干涉相互干涉觀察結(jié)構(gòu)觀察結(jié)構(gòu) 電子散射電子散射引起，只引起，只觀察形貌觀察形貌電子衍射引起電子衍射引起觀察結(jié)構(gòu)缺陷和形貌。觀察結(jié)構(gòu)缺陷和形貌。單晶樣單晶樣多晶樣多晶樣4950n電子衍射分

28、析電子衍射分析51S0/ = k0S/= kghkl(hkl)000(hkl)L2Rhkl反射球照相底板照相底板樣品2LtgR 112sind22sintgRdL22 ,2sin22sin,tgRdL又則則LdR即為電子衍射的布拉格公式即為電子衍射的布拉格公式相機長度相機長度52LdRL稱儀器常數(shù)，稱儀器常數(shù)，可用已知標(biāo)準(zhǔn)物可用已知標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測出。質(zhì)測出。1/d(L2Rhkl反射球照相照相底板底板相機長度衍射花樣相當(dāng)于倒易點陣被反射球衍射花樣相當(dāng)于倒易點陣被反射球所截的二維倒易面的放大投影所截的二維倒易面的放大投影.（即（即照相底片上的衍射花樣是通過照相底片上的衍射花樣是通過倒易原點的倒易面在底

29、片上放大了倒易原點的倒易面在底片上放大了L倍）倍）通過測量通過測量R，可求出該衍射點所對，可求出該衍射點所對應(yīng)的面網(wǎng)的面間距應(yīng)的面網(wǎng)的面間距d，物理意義物理意義物相鑒定物相鑒定53（二）簡單斑點衍射花樣的特征及幾何圖形（二）簡單斑點衍射花樣的特征及幾何圖形n簡單斑點花樣簡單斑點花樣是一個是一個垂直入射電子束，通垂直入射電子束，通過原點的二維倒易面。過原點的二維倒易面。(, )12m nmnrr 是倒易面上非同一方向的基本平移是倒易面上非同一方向的基本平移矢量（最短和次短），其夾角為矢量（最短和次短），其夾角為，測倒易面上，測倒易面上任意倒易矢量任意倒易矢量 （m,n為結(jié)點坐標(biāo)為結(jié)點坐標(biāo)） r1

30、r2r3h1k1l1h2k2l2h3k3l3222h k l原點12rr設(shè) 和312312312,hhh kkk lll根據(jù)矢量合成法根據(jù)矢量合成法,則則若若h1k1l1與與h2k2l2已知，則其它斑點可標(biāo)定，即解決指標(biāo)的問題已知，則其它斑點可標(biāo)定，即解決指標(biāo)的問題54求晶帶軸指數(shù)求晶帶軸指數(shù)：逆時針法則逆時針法則 v12hh12kk12ll12hh12kk12lluw22 2h k l1 1 1hk luvw1 1 1hk l22 2h k l! 排列按逆時針排列按逆時針 !55當(dāng)晶帶軸與電子束平行時，單晶斑點花樣即該晶帶當(dāng)晶帶軸與電子束平行時，單晶斑點花樣即該晶帶的衍射花樣，為什么的衍射花

31、樣，為什么？n同一晶帶中所有晶面的法線都垂直晶帶同一晶帶中所有晶面的法線都垂直晶帶軸而處于同一平面內(nèi)，通過倒易面原點軸而處于同一平面內(nèi)，通過倒易面原點的倒易面上的所有倒易矢量也是處在同的倒易面上的所有倒易矢量也是處在同一面上。（倒易面矢量是垂直于正空間一面上。（倒易面矢量是垂直于正空間的相應(yīng)面的）的相應(yīng)面的）n所以，當(dāng)晶帶軸平行入射電子束方向時，所以，當(dāng)晶帶軸平行入射電子束方向時，通過原點的倒易面就是這個晶帶相應(yīng)的通過原點的倒易面就是這個晶帶相應(yīng)的倒易面，這樣形成的電子衍射花樣就是倒易面，這樣形成的電子衍射花樣就是這個晶帶相應(yīng)的衍射花樣。這個晶帶相應(yīng)的衍射花樣。 56、電子衍射斑點花樣的幾何圖

32、形：、電子衍射斑點花樣的幾何圖形：可能歸屬可能歸屬 立方，四方立方，四方六方、三方、立方六方、三方、立方單斜、正交、四方、六方、單斜、正交、四方、六方、三方、立方三方、立方（除三斜）（除三斜）單斜、正交、四方、六方單斜、正交、四方、六方三方、立方三方、立方（除三斜）（除三斜）1、正方形、正方形2、正六角形、正六角形3、有心矩形、有心矩形0000100014、矩形、矩形5、平行四邊形、平行四邊形三斜、單斜、正交、四方、三斜、單斜、正交、四方、六方、三方、立方六方、三方、立方（所有）（所有）57三、電子衍射花樣的指數(shù)標(biāo)定三、電子衍射花樣的指數(shù)標(biāo)定花樣分析分為兩類花樣分析分為兩類:一是一是結(jié)構(gòu)已知結(jié)

33、構(gòu)已知，確定晶體缺陷及有關(guān)數(shù)據(jù)或，確定晶體缺陷及有關(guān)數(shù)據(jù)或相關(guān)過程中的取向關(guān)系；相關(guān)過程中的取向關(guān)系；二是二是結(jié)構(gòu)未知結(jié)構(gòu)未知，利用它鑒定物相。指數(shù)標(biāo)定，利用它鑒定物相。指數(shù)標(biāo)定是基礎(chǔ)。是基礎(chǔ)。n這兩類分析中最基本的一步是衍射花樣的這兩類分析中最基本的一步是衍射花樣的指標(biāo)化指標(biāo)化確定衍射斑點指數(shù)確定衍射斑點指數(shù)確定晶帶軸方向。確定晶帶軸方向。58（6）其它指數(shù)）其它指數(shù) 一定方向遞增或遞一定方向遞增或遞減減原點兩側(cè)原點兩側(cè)指數(shù)相指數(shù)相同符號相反；同符號相反；不同方向不同方向矢量合矢量合成的方法標(biāo)定。成的方法標(biāo)定。333lkh222lkh111lkh111lkh222lkh333lkh11R2R

34、（7）按晶帶定律計算晶帶軸指數(shù)）按晶帶定律計算晶帶軸指數(shù) n用逆時針法則計算晶帶軸指數(shù)用逆時針法則計算晶帶軸指數(shù)59（6）其它指數(shù)）其它指數(shù) 一定方向遞增或遞一定方向遞增或遞減減原點兩側(cè)原點兩側(cè)指數(shù)相指數(shù)相同符號相反；同符號相反；不同方向不同方向矢量合矢量合成的方法標(biāo)定。成的方法標(biāo)定。333lkh222lkh111lkh111lkh222lkh333lkh11R2R（7）按晶帶定律計算晶帶軸指數(shù)）按晶帶定律計算晶帶軸指數(shù) n用逆時針法則計算晶帶軸指數(shù)用逆時針法則計算晶帶軸指數(shù)60n指數(shù)調(diào)整原則指數(shù)調(diào)整原則：根據(jù)面間距公式，保持：根據(jù)面間距公式，保持d值值不變，如不變，如hkl可負(fù)可正，位置也可

35、換，可負(fù)可正，位置也可換，a是固定的，是固定的，hkl取值只要取值只要h2+k2+l2不變即可。不變即可。222221hklda61（2）、衍射襯度像基本類型：）、衍射襯度像基本類型：明場像明場像暗場像暗場像 偏心暗場像偏心暗場像 中心暗場像中心暗場像622222sin ()()gstIs即為完整晶體的電子衍強度公式即為完整晶體的電子衍強度公式 63意義：意義：（1）當(dāng)試樣厚度當(dāng)試樣厚度 t 一定，一定，衍射強度隨偏離矢量衍射強度隨偏離矢量 s 值值呈周期變化，其振蕩周期呈周期變化，其振蕩周期為為s=1/t。s=N/t，N為為非非0整數(shù)時，整數(shù)時，Ig=0N為為1/2+整數(shù)時，整數(shù)時，Ig為峰

36、為峰值，值，但隨但隨s的增大，的增大，強度逐漸衰減，強度逐漸衰減，s=0（即（即N=0）處，）處，Ig有有最大值最大值，2222sin ()()stIgst常數(shù)，衍射強度隨常數(shù)，衍射強度隨s變化變化64（2）若偏離矢量）若偏離矢量S值不值不變，衍射強度測隨樣變，衍射強度測隨樣品厚度品厚度 t而呈周期變化，而呈周期變化，振蕩周期為振蕩周期為1/S。t=N/s，當(dāng)當(dāng)N為正整數(shù)時為正整數(shù)時Ig=0，N為正整數(shù)加為正整數(shù)加1/2時，時，Ig極大值。極大值。1/s/s/stgs常數(shù)時，衍射強度隨常數(shù)時，衍射強度隨t變化變化65n等厚條紋等厚條紋(偏離參量偏離參量s恒定恒定,t變化變化)66等傾條紋等傾條

37、紋n等傾條紋又叫彎曲消光條紋，是由于制等傾條紋又叫彎曲消光條紋，是由于制樣或過熱造成平整試樣彎曲，隆起或凹樣或過熱造成平整試樣彎曲，隆起或凹陷所形成的一種附加條紋。陷所形成的一種附加條紋。672()2()2()dRi g Rs ziz sgiz ssdz 完整晶體完整晶體缺陷晶體缺陷晶體3、不完整晶體的衍襯運動學(xué)解釋總的相位角總的相位角晶界條紋與厚度條紋，層錯條紋區(qū)分晶界條紋與厚度條紋，層錯條紋區(qū)分686970晶界晶界71位錯襯度位錯襯度72掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡Scanning electron microscope (SEM )1、二次電子像襯度、二次電子像襯度、背散射電子像襯度及特

38、點、背散射電子像襯度及特點 73EPMA 概述l l電子探針電子探針一種電子束顯微分析的儀器，是一種電子束顯微分析的儀器，是通過電子束激發(fā)試樣微區(qū)產(chǎn)生的二次電子、通過電子束激發(fā)試樣微區(qū)產(chǎn)生的二次電子、背散射電子、及背散射電子、及X射線等信息，進(jìn)行試樣射線等信息，進(jìn)行試樣表面形貌觀察及成分分析。表面形貌觀察及成分分析。成分分析主要用成分分析主要用: :波譜儀波譜儀WDS：能譜儀能譜儀EDS：74電子探針分析的基本工作方式電子探針分析的基本工作方式 n一是一是定點分析定點分析n二是二是線掃描分析線掃描分析n三是三是面掃描分析面掃描分析75其它顯微分析介紹其它顯微分析介紹高分辨電鏡(HRTEM)環(huán)境掃描顯微鏡環(huán)境掃描顯微鏡(ESEM)掃描探針顯微鏡（，掃描探針顯微鏡（，AFM)76振振 動動 光光 譜譜77分子振動模型n1、 雙原子分子的簡諧振動及其頻率雙原子分子的簡諧振動及其頻率n 化學(xué)鍵的振動類似于連接兩個小球化學(xué)鍵的振動類似于連接兩個小球的彈簧的彈簧n2 多原子分子的振動模型多原子分子的振動模型復(fù)雜振動復(fù)雜振動=簡正振動簡正振動78分子分子振動振動對稱伸縮振動對稱伸縮振動s反對稱伸縮振動反對稱伸縮振動asi. po. p剪式彎曲振動剪式彎曲振動面內(nèi)搖擺振動面內(nèi)搖擺振動面外搖擺振動面外搖擺振