文档介绍：结构分析
现代测试技术（三）
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材料结构分析引言
结构分析的目的
解析物质的体相结构，表面相结构，原子排列，物相等
结构分析的种类
XRD，ED，中子衍射，低能电子衍射（LEED），高能电子衍射（HEED)，LRS
结构分析的信息
物相确定，晶体结构，表面结构等
结构分析的应用
材料物相，晶粒大小，应力，缺陷结构，表面吸附反应等
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X射线衍射分析
发展历史
1895年发现 X射线
1912年德国物理学家劳厄发现了X射线通过晶体时产生衍射现象，证明了X射线的波动性和晶体内部结构的周期性
1912年 ，小布拉格成功地解释了劳厄的实验事实。清楚地解释 了X射线晶体衍射的形成，并提出了著名的布拉格公式： 2dsinθ＝nλ ，证明了能够用X射线来获取关于晶体结构的信息。
1913年老布拉格设计出第一台 X射线分光计，并利用这台仪器，发现了特征X射线。成功地测定出了金刚石的晶体结构
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X射线的产生
X射线是一种波长很短的电磁波，在电磁波谱上位于紫外线和γ射线之间（图1），-。
特征X射线，韧致X射线
X射线的能量与波长有关
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X射线的产生
X射线管由阳极靶和阴极灯丝组成，两者之间作用有高电压，并置于玻璃金属管壳内。阴极是电子发射装置，受热后激发出热电子；阳极是产生X射线的部位，当高速运动的热电子碰撞到阳极靶上突然动能消失时，电子动能将转化成X射线。
阳极靶的材料一般为：Gr, Fe, Co, Ni, Cu；Mo，Zr等
阴极电压U几十千伏；管电流i:几十毫安；功率一般为4KW，利用转靶技术可以达到12KW。
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特征X射线的产生机理
特征X射线，对于W靶的X光管来讲，保持管流量不变，当管电压增大到20KV以上时，则将在连续谱基础上产生波长一定的谱线特征X射线（标识X射线）。特征X射线的特点是，特征波长值是固定的，仅与阳极靶材有关。既使电压继续增大，也只有强度增大而波长固定不变。
当一个外来电子将K层的一个电子击出成为自由电子（二次电子），这是原子就处于高能的不稳定状态，必然自发地向稳态过渡。此时位于较外层较高能量的L层电子可以跃迁到K层。这个能量差ΔE=EL-EK=hν将以X射线的形式放射出去，其波长λ＝h/ΔE必然是个仅仅取决于原子序数的常数。这种由L→K的跃迁产生的X射线我们称为Kα辐射，同理还有Kβ辐射，Kγ辐射。不过应当知道离开原子核越远的轨道产生跃迁的几率越小，所以高次辐射的强度也将越来越小。
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特征X射线的产生
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特征X射线
Ka和Kb两个特征射线
有临界电压
Moseley定律决定特征X射线的波长
U=3~5U激发
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X射线衍射分析
X射线与物质的相互作用
X射线到达物质表面后的能量将分为三大部分，即散射、吸收、透射
X射线被物质散射时可以产生两种散射现象，即相干散射和非相干散射
X射线非相干散射示意图
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相干散射和非相干散射
物质对X射线散射的实质是物质中的电子与X光子的相互作用。当入射光子碰撞电子后，若电子能牢固地保持在原来位置上（原子对电子的束缚力很强），则光子将产生刚性碰撞，其作用效果是辐射出电磁波-----散射波。这种散射波的波长和频率与入射波完全相同，新的散射波之间将可以发生相互干涉-----相干散射。X射线的衍射现象正是基于相干散射之上的。
当物质中的电子与原子之间的束缚力较小（如原子的外层电子）时，电子可能被X光子撞离原子成为反冲电子。因反冲电子将带走一部分能量，使得光子能量减少，从而使随后的散射波波长发生改变。这样一来，入射波与散射波将不再具有相干能力，成为非相干散射。
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