文档介绍：微波布喇格衍射
布喇格公式是X射线分析技术的理论基础,而X射线衍射分析技术不仅广泛地应用于晶体结构分析,而且是研究材料性能及各种工艺过程(如金属热处理的退火、淬火,机械加工中的轧制、拉伸等)对材料性能和结构的影响的重要手段。微波是波长在1mm~1m之间的电磁波,相应的频率从300GHz~300MHz。因为微波波长远比X射线波长(Å量级)要长,所以用微波进行衍射实验比用X射线更方便、更直观,而且更安全。本实验用微波在模拟晶体中的衍射非常直观地再现了X射线衍射分析技术原理。
实验目的
(1)学****晶体分析原理和技术;
(2)建立对布喇格公式的感性认识,加深对电磁波的波动性的理解。
实验内容
(1)验证布喇格公式;
(2)已知模拟晶体的晶格常数测定微波波长;
(3)用微波分光仪测量单缝衍射的光强分布,并作出单缝衍射光强与衍射角的关系曲线。已知微波的波长,通过单缝衍射求出单缝宽度。
实验原理
晶体点阵的排列
晶体学基本知识
其组成粒子(分子或原子等)按一定周期性排列的规则结构的固体称为晶体。晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的点子,在空间有规则地作周期性的无限分布,这些点子的总体称为点阵。为了表明点阵的排列方式,在点阵中画出许多小的平行六面体,使它的八个顶角各位于点阵中的一个阵点上,这样的小平行六面体称为晶胞。整个晶体点阵可以看做是同一晶胞沿三个方向重复排列而成。晶胞的形状各有不同,由其三个相交边的边长a、b、c和它们之间的夹角,,六个参数来表示,。这些参数称为晶格常数。依据晶格常数的特点把各种晶体分为七个晶系:
立方晶系
六方晶系
四方晶系
三方晶系
正交晶系
单斜晶系
三斜晶系
不在同一直线上的任意三个点阵所决定的平面称为晶面。每个晶面上规则排列着大量阵点,任何一个晶面平行、等距地重复排列,就可以得出全部晶体点阵。这些彼此平行等距的晶面称为晶面族。晶面族中任意两个相邻晶面间的距离称为晶面距。晶面可以有不同的空间方向,通常用晶面在三个方向轴上(三个相交边方向)截距数值的倒数的互质整数比来表示,这三个互质整数称为晶面的密勒指数。例如,, 3b, 6c,其倒数的互质整数比为
(a) (b) (c)
晶面
因此,该晶面的密勒指数为(3 2 1)。同理,(a)、(b)和(c)中各晶面族的密勒指数分别为(1 0 0)、(1 1 0)和(1 1 1)。
X射线在晶面上的散射
X射线实质上是一种波长与晶体的晶格常数同数量级(Å量级)的电磁波。根据惠更斯原理,当X射线投射到晶体上时,晶体中的所有阵点都成为次级子波的波源,向各个方向发射散射波。由于X射线具有很强的透射能力,所以X射线除了在晶体表面阵点上发生散射外,还会被晶体内部阵点散射。不同晶面上的散射波之间有一定的光程差,因而会发生干涉。对晶面间距为d的两个相邻晶面来说,,其散射波之间的光程差为(为掠射角),干涉加强的条件为
()
式中,为入射X光的波长。()式称为布喇格公式,它是晶体中