材料现代研究方法1章共27页
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材料现代研究方法
第一章一、选择题1.用来进行晶体结构分析的X射线学分支是（ B ）A.X射线透射学；B.X射线衍射学；C.X射线光谱学；D.其它2. M层电子回迁到K层后，多余的能量放出的特征X射线称（ B ）A.Kα；B. Kβ；C. Kγ；D. Lα。
3. 当X射线发生装置是Cu靶，滤波片应选（C ）A．Cu；B. Fe；C. Ni；D. Mo。
4. 当电子把所有能量都转换为X射线时，该X射线波长称（）A.短波限λ0；B. 激发限λk；C. 吸收限；D. 特征X射线5.当X射线将某物质原子的K层电子打出去后，L层电子回迁K层，多余能量将另一个L层电子打出核外，这整个过程将产生（）（多选题）A.光电子；B. 二次荧光；C. 俄歇电子；D. （A+C）二、正误题1. 随X射线管的电压升高，λ0和λk都随之减小。
（X ）2. 激发限与吸收限是一回事，只是从不同角度看问题。
（）3. 经滤波后的X射线是相对的单色光。
（）4. 产生特征X射线的前提是原子内层电子被打出核外，原子处于激发状态。
（）5. 选择滤波片只要根据吸收曲线选择材料，而不需要考虑厚度。
（）三、填空题1. 当X射线管电压超过临界电压就可以产生X射线和X射线。
2. X射线与物质相互作用可以产生、、、、、、、。
3. 经过厚度为H的物质后，X射线的强度为。
4. X射线的本质既是波长极短的电磁波也是，具有波粒二象性性。
5. 短波长的X射线称软X射线，常用于；长波长的X射线称硬X射线，常用于。
1.X射线的本质是什么？它与可见光、紫外线等电磁波的主要区别何在？用哪些物理量描述它？2.Ⅹ射线与物质有哪些相互作用？规律如何？对x射线分析有何影响？反冲电子、光电子和俄歇电子有何不同？3.如果用1mm厚的铅作防护屏，试求CrKα和MoKα的穿透系数。
4.试计算Cu的K系激发电压。
（答案：8980Ⅴ）5.试计算Cu的Kαl射线的波长。
（答案：0.1541 nm）.第二章一、选择题1.有一倒易矢量为*+*+*=*cbag22，与它对应的正空间晶面是（）。
整套课件：材料现代研究方法(北京航空航天大学)精选全文完整版
α,β,γ规定； 晶胞内部各个原子的坐标x,y,z。坐标参数的
意义是指由晶胞原点指向原子的矢量ｒ, 用单位 矢量 a, b , c 表达,即
r xa yb zc
晶向指数与晶面指数
为了更精确地研究晶体的结构,需要用一种符号来 表示晶体中的平面和方向(即晶面和晶向)。
点阵中穿过若干结点的直线方向称为晶向 确定晶向指数的步骤如下： 1.过原点作一平行于该晶向的直线； 2.求出该直线上任一点的坐标(以a.b.c为单位)； 3.把这三个坐标值比化为最小整数比,如u:v:w； 4.将所得的指数括以方括号[uvw]。
点阵与晶体结构
阵点(几何点代替结构单元)和点阵(阵点的分布总体) 注意与晶体结构(=点阵+结构单元)的区别。
点阵与晶体结构
Steps to reach lattice 1, determine the basic unit 2, regard the unit as a point 3, the geometry of the points = lattice
13.六方(P); 14.菱方(R)
二、晶体结构的对称性
对称是指物体相同部分作有规律的重复。
对称的物体是由两个或两个以上的等同部分组成, 通过一定的对称操作后,各等同部分调换位置,整个 物体恢复原状,分辨不出操作前后的差别。
对称操作指不改变等同部分内部任何两点间的距离, 而使物体中各等同部分调换位置后能够恢复原状的 操作。
点阵与晶体结构
c
g-Fe, fcc
b a
c
Cu3Au, simple cubic
a
b
14种空间点阵(Bravais点阵)
根据晶体的对称特点,可分为7个晶系：
1) 三斜晶系(triclinic 或anorthic) a≠b≠c；α≠β≠γ≠90˚。
意义是指由晶胞原点指向原子的矢量ｒ, 用单位 矢量 a, b , c 表达,即
r xa yb zc
晶向指数与晶面指数
为了更精确地研究晶体的结构,需要用一种符号来 表示晶体中的平面和方向(即晶面和晶向)。
点阵中穿过若干结点的直线方向称为晶向 确定晶向指数的步骤如下： 1.过原点作一平行于该晶向的直线； 2.求出该直线上任一点的坐标(以a.b.c为单位)； 3.把这三个坐标值比化为最小整数比,如u:v:w； 4.将所得的指数括以方括号[uvw]。
点阵与晶体结构
阵点(几何点代替结构单元)和点阵(阵点的分布总体) 注意与晶体结构(=点阵+结构单元)的区别。
点阵与晶体结构
Steps to reach lattice 1, determine the basic unit 2, regard the unit as a point 3, the geometry of the points = lattice
13.六方(P); 14.菱方(R)
二、晶体结构的对称性
对称是指物体相同部分作有规律的重复。
对称的物体是由两个或两个以上的等同部分组成, 通过一定的对称操作后,各等同部分调换位置,整个 物体恢复原状,分辨不出操作前后的差别。
对称操作指不改变等同部分内部任何两点间的距离, 而使物体中各等同部分调换位置后能够恢复原状的 操作。
点阵与晶体结构
c
g-Fe, fcc
b a
c
Cu3Au, simple cubic
a
b
14种空间点阵(Bravais点阵)
根据晶体的对称特点,可分为7个晶系：
1) 三斜晶系(triclinic 或anorthic) a≠b≠c；α≠β≠γ≠90˚。
材料现代分析方法课件2
光电效应表明电磁辐射具有粒子性。
• 爱因斯坦的光电理论（1905年，1916年由 密立根实验证实）：
• Ekin=hν–W • 式中：Ekin为电子的动能；W为电极材料的
功函数。
• 电磁辐射的波粒二象性： • E=h • p=h/ • 普朗克常数 h=6.62610-34J.s
（1-2） （1-3）
• 概率，A接收电子，AG2加一扼止电压， 使失去动能的电子不能到达，形成电流。
• 碰撞过程在G1G2空间发生，在加速场的 作用下，电子获得动能，与原子的弹性
碰撞中，电子总能量损失较小，在不断
的加速场作用下，电子的能量逐渐增大，
就有可能与原子发生非弹性碰撞，使原
子激发到高能态，电子失去相对应的能 量，使其不能到达A从而不能形成电流。
零，电子不能到达A，形成第一个峰。
• VG2K = 9.8V，电子与原子发生两次非弹性碰 撞，在G2处失去动能，形成第二个峰。
材料现代研究方法
CaiLiao XianDai YanJiu FangFa
第一篇 总论
（材料现代分析方法基础与概述）
第一章 电磁辐射与材料结构
第一节电磁辐射与物质波
一 电磁辐射与波粒二象性
电磁辐射（光的波动性）：在空间传播的交变电 磁场（电磁波）。
特点：不依赖物质存在；横波；同一介质中波速 不变；真空光速极限(c3108m/s)。
一 原子能态极其表征
1 原子结构与电子量子数
原子结构：由原子核和绕核运动的电子组成； 每一个核外电子都具有确定的运动状态(原子 轨道)，相应地具有确定的能量；电子的运动 状态改变时，能量值发生跳变(量子化)。
能级图：按一定比例以一定高度的水平线代 表一定的能量(能级)，并把电子各个运动状 态的能量按大小顺序由下往上排列而构成的 梯级图形。
材料现代研究方法 1-课件
☆ 重要的几何学特征： 对称性 几何形体中相同部分有规律地重复出现。
岩盐晶体外形的对称：
a
1）对称面 分为左右两个相等图形。
2）对称轴 绕Z轴旋转90°后，整个晶体形态不变。 b 3）对称心 与中心O等远的两端情况相同等。
90° Z
b′
O
a′
对称形体经一定变换后恢复原状 → 对称变换 对称变换时凭借的几何元素（点、线、面）→对称元素
结点位置用该点坐标以点阵常数相对值表示， 如体心位置坐标为 a/2 b/2 c/2 ，结点坐标为［［1/2 1/2 1/2 ］］
简单点阵 1 ［［000］］
体心点阵 2 ［［000］］ ［［1/2 1/2 1/2 ］］
底心点阵 2
面心点阵 4
［［000］］
［［1/2 1/2 0 ］］
2020/5/11
度α(=2π/n)后，整个形体恢复 原来形态。
对称元素 参照轴线
称n次旋转轴 → 对称轴
Ci1
Ci2
Ci3
Ci4
Ci6
2020/5/11
旋转-反演对称： 形体绕某一轴旋转一定角
度α(= 2π /n)后，再经反演变 换，形体恢复原来形态。
对称元素 参照轴线 称反演轴
8
Al-Ni-Ru合金中准晶高分辨像。取向有序而无平移周期 序的准晶被称为是介于非晶和晶体之间的第三固体。
（JEM-4000EX)
2020/5/11
9
考查不同晶体对称情况可发现: 1)不同晶体具有不同种类和数量的对称; 2)一个晶体的对称元素种类和数量是有 限的;
2020/5/11
如立方晶体有 3个四次轴、 4个三次轴、 6个二次轴、 9个对称面、 1个对称心。
《材料现代研究方法》学习指南
学习指南绪论重点掌握材料研究的基本内容和四大类分析手段（组织形貌分析、物相分析、成分价键分析和分子结构分析）的分类原则和研究内容。
初步了解各种分析手段的共同原理。
第一篇组织形貌分析1．1 了解组织形貌分析的发展历程。
1．2 光学显微分析。
阿贝成像原理，实验技术1．3 扫描电子显微镜。
掌握电子束与固体样品作用时产生的信号种类（二次电子、背散射电子、俄歇电子、特征X射线）、扫描电镜的结构、工作原理、扫描电镜衬度像（二次电子像、背散射像）扫描电镜的制样方法子显微分析的信号、电子显微镜的工作原理和成像模式。
1．4 掌握扫描探针显微镜的工作原理。
扫描隧道显微镜和原子力显微镜的工作原理和工作模式。
第二篇物相分析2．1物相分析的意义及含义，掌握物相分析的基本原理，物相分析的手段、倒易点阵的概念及与正点阵的对应关系。
2．2电磁波及物质波的衍射理论。
衍射的概念与原理、衍射方向（布拉格方程、厄瓦尔德图解）、衍射强度的计算思路。
2.3 X射线衍射物相分析。
X射线的产生及其与物质的作用方式，X射线衍射仪的结构和工作原理，掌握X射线衍射谱的标定方法，了解定量分析的基本原理。
2．4电子衍射及显微分析。
透射电镜的工作原理，透射电镜的结构，掌握电子衍射的基本公式及衍射花样的标定方法，四种衬度及其形成机理。
了解衍射衬度的运动学理论第三篇成分和价键分析3．1 掌握成分和价键分析的共同原理、原子中电子的分布和跃迁、各种特征信号的产生机制、各种成分分析手段的比较3．2 X射线光谱分析。
电子探针仪，能谱仪，波谱仪的构造和工作原理，WDS和EDS成分分析模式及应用，波谱仪与能谱异同。
3．3 X射线光电子能谱分析。
掌握X射线光电子能谱分析的基本原理、设备构造和实验技术，XPS谱图分析、了解X光电子能谱的应用。
3．4 俄歇电子能谱。
俄歇过程理论，俄歇电子谱仪，俄歇电子能谱图的分析技术、俄歇电子能谱的应用。
第四篇分子结构分析4．1 掌握分子结构分析的基本原理4．2 振动光谱和核磁共振波谱技术。
材料现代分析方法PPT课件
第一篇 总论
（材料现代分析方法基础与概述）
第一章 电磁辐射与材料结构
第一节电磁辐射与物质波
一 电磁辐射与波粒二象性
电磁辐射（光的波动性）：在空间传播的交变电 磁场（电磁波）。
特点：不依赖物质存在；横波；同一介质中波速 不变；真空光速极限(c3108m/s)。
主要物理量：振幅；频率(Hz)；波长；相位。
• M叫谱线多重性符号，表示n与L一定的 光谱项由M个能量稍有差别的分裂能级 (光谱支项)构成。
• 能级的分裂取决于J，每一个光谱支项对 应于J的一个取值，M为J 可能取值的个 数(LS时，M=2S+1；L<S时，M=2L+1)
塞曼分裂
• 当有外磁场存在时，光谱支项将进一步 分裂为能量差异更小的若干能级，这种 现象叫塞曼(Zeeman)分裂。
真空中的相互关系：
=c
(1-1)
光的粒子性： 斯托列托夫实验（1872年，莫斯科大学）
• 实验结果 ：
• (1) 光照使真空管出现自 由电子。
• (2) 入射光的频率必须大 于某一确定值才有电子 出现，该值与真空管阴 极材料有关。
• 波动理论无法解释此现 象。
光电效应表明电磁辐射具有粒子性。
• 爱因斯坦的光电理论（1905年，1916年由 密立根实验证实）：
取值：L+S，L+S-1，…，|L-S|。当L<S 时有2L+1个值，当LS时有2S+1个值。
• M量J的称大总小磁，量取子值数：，0表，征±P1J,沿±外2,…磁,场±方J（向J分 为整数）或：0，±1/2，±3/2,…，±J(J 为半整数)。
原子的能级可用符号nMLJ表示，称为光 谱项
• 对应于L=0，1，2，3，4，… 常用大 写字母S，P，D，F，G，…表示。
材料现代研究方法 PPT
2.2 X射线的本质、能量
X射线本质上和无线电波、可见光、射线一样，也是 一种电磁波，具有波粒二象性。其波长在0.01~10nm之 间，介于紫外线和射线之间，但没有明显的界限。其 短波段与射线长波段相重叠，其长波段则与紫外线的 短波段相重叠。
γ射线
Ｘ射线
UV
IR
可见光
微波
无线电波
１０－１５
１０－１０
材料现代研究方法
第1章 绪论
1.1 材料研究的意义和内容
什么是材料？
材料是指将原料通过物理或者化学的方法加工制成的金属、 无机非金属、有机高分子和复合材料的固体物质。
金属材料：导电性、塑性和韧性好。 无机非金属材料：硬度高，韧性差。
高分子材料：强度、弹性模量低。 造成这些材料不同性能的原因就是因为材料的物质组成和 结构不同。从原子结构来讲，就是化学键不同。比如金属材 料是由金属键结合的，无机非金属材料主要是由离子键和共 Hale Waihona Puke 键结合的。2.3 X射线的产生
目前，衍射实验使用的X射线，都是以阴极射线 （即高速度的电子流轰击金属靶）的方式获得的，所 以要获得X射线必须具备如下条件： 1.电子源(阴极): 产生自由电子，加热钨丝发射热电子。 2.靶材(阳极): 设置自由电子撞击的靶子，如阳极靶， 用以产生X射线。 3.高压发生器: 用以加速自由电子朝阳极靶方向加速运 动。 4.真空: 将阴阳极封闭于小于133.310-6 Pa的高真空中， 保持两极洁净，促使加速电子无阻挡地撞击到阳极靶 上。
X射线管-产生X射线的核心装置
(1)阴极 阴极的功能是发射电子。它由钨丝制成，在 通以一定的电流加热后便能释放出热辐射电子。
为使电子束集中，在阴极灯丝外加上聚焦罩，并使灯 丝与聚焦罩之间始终保持100-400V的电位差。
材料现代研究方法章
FHKL fa [1 e i( H K ) e e i( H L) i( K L)
i ( H K L)
i ( 3 H 3 K L)
i ( 3 H K 3 L) i ( H 3 K 3 L)
e2
e2
e2
e2
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FF
fae
i ( H K L)
2
[1
e i( H K )
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Am
Abe i Ae FHKL e imnp Ae FHKL e i 2(mn p )
N
N
N
N1 1
N 2 1
N 3 1
Ae FHKL e2im e2in e2ip Ae FHKLG
m0
n0
p0
N1 1
N 2 1
N 3 1
其中G e2im e2in e2ip
m0
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由欧拉公式 (ei = cos + i sin)
F 2 F F~ n fk [cos 2 (Hxk Kyk Lzk ) i sin 2 (Hxk Kyk Lzk )] k 1
n
fk [cos 2 (Hxk Kyk Lzk ) i sin 2 (Hxk Kyk Lzk )] k 1
第3页/共46页
§ 4-2 一个原子对X射线的散射强度
一个电子的散射强度
Ie
I0
e4 R2m2C 4
1 cos2 2
2
假设原子中的电子都集中在原子核。一个原子 的散射强度为：
Ia=Aa2=(ZAe)2=Z2Ie
但实际电子不集中在一点，而是以电子云形态分 布。各电子散射波之间存在位向差，这一位相差 使得合成波的强度减弱。所以：
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X射线通过物质，一部分被散射，一部分 被吸收，一部分透射。
一、X射线的散射
1、相干散射（经典散射，汤姆逊散射）
物质中的电子在X射线电场作用下向各个方 向辐射与入射线同频率的电磁波，这些新的散 射波之间可发生干涉作用，所以称为相干散射。
相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的 基础。
实际上，相干散射并不损失X射线的能量， 只是改变了方向，但对入射方向来说，起到了 衰减的作用。
2、非相干散射（康普顿－吴有训散射）
当X射线光子与束 缚力小的电子发生碰 撞时，电子离开原子 并带走光子的部分能 量成为反冲电子。
入射光子改变方向， 但能量减少，波长变 长。 >
h(1 c2 o ) s0 .02 (1 3 c2 o 4 )s m 0 c
特征：
1) 散射线和入射线没有固定位向关系，不能 产生干涉。(增加背底)
从吸收角度看称为吸收限。
可将吸收限与激发电压Vk联系起来：
eVk= Wk=hc/ k
k= 12.4/Vk
在一般的衍射工作中，荧光X射线增加背底是 有害因素。
在X射线荧光光谱分析中，则要利用它进行化 学成分分析。
2、俄歇效应
原子K层电子被激出，L层 电子例如LII电子向K层跃迁， 跃迁的能量差若不以X光子(即 荧光辐射)形式放出，而继续 产生二次电离使另一个核外电 子脱离原子变为二次电子，这 种现象称为俄歇效应。这种电 子称为俄歇电子。
2) 其强度随sin/ 的增加而增强。
二、X射线的吸收
1、光电效应：以光子激发原子所发生的激发 和辐射过程称为光电效应
被X光激出的电子称为光电子。
由X射线激出光电子，辐射出的次级标识X射 线称为荧光X射线(或二次标识X射线)。
激发K系荧光辐射，光子的能量至少等于激出一 个K层电子所作的功Wk hk= Wk= hc/k 只有 > k 才能产生光电效应。 所以： k 从激发荧光辐射角度称为激发限。
俄歇电子具有特征能量，可 以利用它进行表面成分分析 （一般表面两三层原子）
三、X射线的衰减规律
1、衰减公式 相对衰减：
Ix IxdxdIx dx
Ix
Ix
dI dx
I
：线衰减系数 负号厚度 I
积分：
IH
dI
H
dx
I I0
0
lnIIH 0 HIHI0eH
I H e H 为穿透系数 I0
2、衰减系数 1) 线衰减系数
K2 K1
M K 为：
K为M3 K LK比M K几率
大4~5倍
V>Vk即能量大于K系激发能。L、M、N辐射弱长。
(四) 莫塞莱定律 标识X射线谱的频率和波
长只取决于阳极靶物质的原 子能级结构，而与其他外界 因素无关。
莫塞莱于1913－1914年发现：
1 C(Z )
C、 均为常数。
§ 1-4 X射线与物质的相互作用
1943年 商品型衍射仪出现
1950年代以后衍射仪流行并不断改进并与计算机了联 合
用பைடு நூலகம்：
1、结构分析 3、固溶体分析 5、内应力 7、织构 9、探伤
2、相分析 4、晶块尺寸 6、单晶取向 8、非晶态研究 10、化学成分分析
第一章 X射线的产生和性质 § 1-1 X射线的本质 本质：电磁波 =10-6 － 10-10 cm
dI
Idx
通过单位厚度 的相对衰减
I：单位时间通过单位面积的能量
的物理意义：通过单位体积的相对衰减。
2) 质量衰减系数 X射线的衰减与物质的密度有关，因此每克物 质引起的相对衰减为 /= m IH I0emH 3) 复杂物质的衰减系数 w：重量百分比
§ 1-3 X射线谱
描述X射线强度与 I 与波长 的关系曲线。
一、连续X射线谱 I：单位时间通过单位 面积的X光子数。 0：短波限。 m: Imax对应的。
(一) 实验规律 I 随 连续变化 1、电流 i 不变 V 0 m I
m 1.5 0
2、V不变 i 0和 m 不变 I 3、阳极的原子序数 Z：当 i、V不变时 Z I
I连0
I()dK1iZm V
m 2 K1 1.1 － 1.4 10 -9
(四) X射线管的效率
电 X射子 线流 功 K1功 iiV Z 率 2V 率 K1ZV
例如： Z=74 (钨靶) V=100KV 则 1％
二、特征(标识) X射线谱 (一）形成 当V>某值时 形状显著变化。反应了 靶材料的特征。
存在K和K 两种特定波长 的辐射。 K又分成 K1 和 K2波长非常接近。K1 和 K2的强度比大约为2:1 所以 K= 2/3 K1+1/3K2 K和K的强度比为5:1
（二）实验规律
1、存在激发电压Vk －－与Z有关，Z Vk 2 、Z不同 k不同 3、V (V>Vk) I特 I特 = C i (V- Vk)n
第一部分 晶体X射线衍射分析
概述
X射线分析方法是材料研究的重要手段之一。
1895年 德国物理学家伦琴发现X射线 190年获诺贝尔奖
1912年 德国物理学家劳埃获得第一张衍射照片。获诺 贝尔奖。
1912年 英国科学家布拉格父子确定了“布拉格方程” 获诺贝尔奖。
1928年 盖革，弥勒发明计数管探测X射线。
(二) 形成的机理 电子与阳极原子碰撞放出一个h能量的光子， 多次碰撞形成光子流。每次碰撞辐射的光子 能量不同所以形成不同的X光。
极限情况： eV=hmax = hc/ 0 所以0 = hc/eV＝12.4/V (V以千伏为单位）
(三) 辐射强度
每条连续谱曲线下的面积表示连续X射线的 总强度（即靶发出的X射线总能量）。
具有波粒二象性: =h=hc/ p = h/
§ 1-2 X射线的产生
产生条件：1)、产生自由电子。 2)、电子作定向加速运动。 3)、在运动途中设一障碍。
1、X射线管
1)、阴极：螺线性金属钨丝 2)、阳极(靶)：不同金属制成。 3)、窗口：金属铍制成 4)、焦点：电子轰击的地方。
2、特殊的X射线管 1)、旋转阳极 2)、细聚焦X射线管 3)、同步辐射
n = 1.5 – 2 C:常数 特不变 4、V工作 / Vk = 3－5时 I特/I连 ＝ 最大
(三) 产生机理
电子把内层电子激出，内层空位，原子处于 激发态，高能级的电子向低能级跃迁将辐射出 标识X射线
如：K层电子被激出 则L层电子可能向K 层跃迁，M层N层也 可能跃迁。
LK 为：
K<
LII LIII
一、X射线的散射
1、相干散射（经典散射，汤姆逊散射）
物质中的电子在X射线电场作用下向各个方 向辐射与入射线同频率的电磁波，这些新的散 射波之间可发生干涉作用，所以称为相干散射。
相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的 基础。
实际上，相干散射并不损失X射线的能量， 只是改变了方向，但对入射方向来说，起到了 衰减的作用。
2、非相干散射（康普顿－吴有训散射）
当X射线光子与束 缚力小的电子发生碰 撞时，电子离开原子 并带走光子的部分能 量成为反冲电子。
入射光子改变方向， 但能量减少，波长变 长。 >
h(1 c2 o ) s0 .02 (1 3 c2 o 4 )s m 0 c
特征：
1) 散射线和入射线没有固定位向关系，不能 产生干涉。(增加背底)
从吸收角度看称为吸收限。
可将吸收限与激发电压Vk联系起来：
eVk= Wk=hc/ k
k= 12.4/Vk
在一般的衍射工作中，荧光X射线增加背底是 有害因素。
在X射线荧光光谱分析中，则要利用它进行化 学成分分析。
2、俄歇效应
原子K层电子被激出，L层 电子例如LII电子向K层跃迁， 跃迁的能量差若不以X光子(即 荧光辐射)形式放出，而继续 产生二次电离使另一个核外电 子脱离原子变为二次电子，这 种现象称为俄歇效应。这种电 子称为俄歇电子。
2) 其强度随sin/ 的增加而增强。
二、X射线的吸收
1、光电效应：以光子激发原子所发生的激发 和辐射过程称为光电效应
被X光激出的电子称为光电子。
由X射线激出光电子，辐射出的次级标识X射 线称为荧光X射线(或二次标识X射线)。
激发K系荧光辐射，光子的能量至少等于激出一 个K层电子所作的功Wk hk= Wk= hc/k 只有 > k 才能产生光电效应。 所以： k 从激发荧光辐射角度称为激发限。
俄歇电子具有特征能量，可 以利用它进行表面成分分析 （一般表面两三层原子）
三、X射线的衰减规律
1、衰减公式 相对衰减：
Ix IxdxdIx dx
Ix
Ix
dI dx
I
：线衰减系数 负号厚度 I
积分：
IH
dI
H
dx
I I0
0
lnIIH 0 HIHI0eH
I H e H 为穿透系数 I0
2、衰减系数 1) 线衰减系数
K2 K1
M K 为：
K为M3 K LK比M K几率
大4~5倍
V>Vk即能量大于K系激发能。L、M、N辐射弱长。
(四) 莫塞莱定律 标识X射线谱的频率和波
长只取决于阳极靶物质的原 子能级结构，而与其他外界 因素无关。
莫塞莱于1913－1914年发现：
1 C(Z )
C、 均为常数。
§ 1-4 X射线与物质的相互作用
1943年 商品型衍射仪出现
1950年代以后衍射仪流行并不断改进并与计算机了联 合
用பைடு நூலகம்：
1、结构分析 3、固溶体分析 5、内应力 7、织构 9、探伤
2、相分析 4、晶块尺寸 6、单晶取向 8、非晶态研究 10、化学成分分析
第一章 X射线的产生和性质 § 1-1 X射线的本质 本质：电磁波 =10-6 － 10-10 cm
dI
Idx
通过单位厚度 的相对衰减
I：单位时间通过单位面积的能量
的物理意义：通过单位体积的相对衰减。
2) 质量衰减系数 X射线的衰减与物质的密度有关，因此每克物 质引起的相对衰减为 /= m IH I0emH 3) 复杂物质的衰减系数 w：重量百分比
§ 1-3 X射线谱
描述X射线强度与 I 与波长 的关系曲线。
一、连续X射线谱 I：单位时间通过单位 面积的X光子数。 0：短波限。 m: Imax对应的。
(一) 实验规律 I 随 连续变化 1、电流 i 不变 V 0 m I
m 1.5 0
2、V不变 i 0和 m 不变 I 3、阳极的原子序数 Z：当 i、V不变时 Z I
I连0
I()dK1iZm V
m 2 K1 1.1 － 1.4 10 -9
(四) X射线管的效率
电 X射子 线流 功 K1功 iiV Z 率 2V 率 K1ZV
例如： Z=74 (钨靶) V=100KV 则 1％
二、特征(标识) X射线谱 (一）形成 当V>某值时 形状显著变化。反应了 靶材料的特征。
存在K和K 两种特定波长 的辐射。 K又分成 K1 和 K2波长非常接近。K1 和 K2的强度比大约为2:1 所以 K= 2/3 K1+1/3K2 K和K的强度比为5:1
（二）实验规律
1、存在激发电压Vk －－与Z有关，Z Vk 2 、Z不同 k不同 3、V (V>Vk) I特 I特 = C i (V- Vk)n
第一部分 晶体X射线衍射分析
概述
X射线分析方法是材料研究的重要手段之一。
1895年 德国物理学家伦琴发现X射线 190年获诺贝尔奖
1912年 德国物理学家劳埃获得第一张衍射照片。获诺 贝尔奖。
1912年 英国科学家布拉格父子确定了“布拉格方程” 获诺贝尔奖。
1928年 盖革，弥勒发明计数管探测X射线。
(二) 形成的机理 电子与阳极原子碰撞放出一个h能量的光子， 多次碰撞形成光子流。每次碰撞辐射的光子 能量不同所以形成不同的X光。
极限情况： eV=hmax = hc/ 0 所以0 = hc/eV＝12.4/V (V以千伏为单位）
(三) 辐射强度
每条连续谱曲线下的面积表示连续X射线的 总强度（即靶发出的X射线总能量）。
具有波粒二象性: =h=hc/ p = h/
§ 1-2 X射线的产生
产生条件：1)、产生自由电子。 2)、电子作定向加速运动。 3)、在运动途中设一障碍。
1、X射线管
1)、阴极：螺线性金属钨丝 2)、阳极(靶)：不同金属制成。 3)、窗口：金属铍制成 4)、焦点：电子轰击的地方。
2、特殊的X射线管 1)、旋转阳极 2)、细聚焦X射线管 3)、同步辐射
n = 1.5 – 2 C:常数 特不变 4、V工作 / Vk = 3－5时 I特/I连 ＝ 最大
(三) 产生机理
电子把内层电子激出，内层空位，原子处于 激发态，高能级的电子向低能级跃迁将辐射出 标识X射线
如：K层电子被激出 则L层电子可能向K 层跃迁，M层N层也 可能跃迁。
LK 为：
K<
LII LIII