文档介绍：粉末X-射线衍射
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粉末X-射线衍射授课纲要
晶体结构基础
X-射线概述、原理、技术及数据收集
粉末X-射线衍射应用、误差来源
实践环节:合成、衍射、计算机数据分析和结构作图
粉末X-射线衍射应用案例教学
课程总结汇报
参考书籍:
1.《粉末衍射法测定晶体结构》,科学出版社,梁敬魁编著。
2.《无机材料化学》北京大学出版社,林建华,荆西平编写。
3.《结构化学基础》,北京大学出版社,周公度,段连运编著。
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粉末X-射线衍射
6学时,三次课
4学时,两次课
6学时
晶体结构基础授课纲要
物相概念:单胞,晶系,固溶。
原子的堆积方式:立方密堆积和六方密堆积,非密堆积,基本的结构单元;晶面和晶向。
晶体结构基本知识和概念:对称操作;布拉维点阵,点群和空间群;国际空间群表的解读;晶体结构的描述,晶体结构作图。
参考书籍:
1.《结构化学基础》,北京大学出版社,周公度,段连运编著。
2.《无机材料化学》北京大学出版社,林建华,荆西平编写。
粉末X-射线衍射
致谢:本课件晶体结构部分中部分内容参考了北京大学化学与分子工程学院荆西平教授的《无机材料化学》以及我校刘来君教授《金属显微结构》ppt。
物相概念
物相:从物理意义上可以区分和分离的物质。
分类:固相、液相、气相、超临界相(汽液双重性)。
固体中物相区分
非晶/无定形/玻璃态
结晶态
组成不一样
结构不一样:对称性
组成一样,结构不同:同素异形体(Polymorphism)
结构相同,组成连续变化:固溶体(Solid Solution)、合金(alloy)
粉末X-射线衍射
物相区分(1)
同素异形体(Polymorphism)
碳(诺贝尔奖家族):石墨,金刚石、足球烯
-钛:六方密堆积
-钛:体心立方密堆积
> C
a = Å
a = Å
c = Å
钛的低温和高温物相
粉末X-射线衍射
物相区分(2)
固溶体:具有连续变化组成的属于同一物相的物质。
Cu:面心立方结构,a = Å
Ni:面心立方结构,a = Å
Cu和Ni完全固溶:合金
Al:面心立方结构,a = Å
Mg:六方结构,a = Å,c = Å
Al和Mg部分固溶:合金
例1:
例2:
合金:添加其他金属元素形成固溶体,改善原有基质材料的物理和力学性质。
固溶强化(Solid –solution Strengthening):Mg的添加提高Al的硬度(铝合金)
粉末X-射线衍射
结晶物相描述:晶胞参数
单胞(cell):晶体结构中最小的重复单元,用三个轴来描述。这三个轴的长度和各自夹角称为晶胞参数(Cell parameters)。
-钛:六方单胞,a = b = Å,c = Å, = = 90,= 120 .
-钛:立方单胞,a = b = c = Å, , = = = 90.
a
b
c
粉末X-射线衍射
结晶物相描述:晶系
晶系
特征对称元素
晶胞类型
立方
四个沿体对角线的三重轴
a = b = c, === 90
六方
六重对称轴(c轴)
a = b c, == 90, =120
四方
四重对称轴(c轴)
a = b c, == = 90
三方
三重对称轴
a = b c, == 90, = 120
a = b = c, == 90
正交
垂直的两个镜面或三各二重轴
a b c, === 90
单斜
两重对称轴或对称面
a b c, = = 90
三斜
无
a b c, 90
单胞类型:7大晶系:
六方Hexagonal
棱形Rhombohedral
粉末X-射线衍射
结晶物相描述:晶体结构
晶体结构: 晶体内部原子的排列方式;单胞中原子位置。
-钛:立方单胞,a = b = c = Å, , = = = 90.
(0, 0, 0)
a
b
c
(, , )
晶体结构基本知识:
原子的堆积方式
对称操作、点群和空间群,晶面,晶轴等。
单胞中原子位置:
Ti 0, 0, 0
Ti , ,
还需要描述单胞中其他原子位置吗?
粉末X-射线衍射
晶体结构:紧密堆积
紧密堆积层
紧密堆积层上方或者下方层中原子所处的位置。
层的堆积
粉末X-射线衍射