X射线研究多晶体物质的主要应用范围

n        鉴别矿物

n        对相的成分做定性和定量的分析

n        研究晶体中残余内应力和晶格的变形

n        研究晶体的取向

n        精确测定单胞的大小

n        测量晶粒的大小研究

多晶体的衍射

n        波在晶体上的衍射遵从布拉格方程．

n        根据布拉格方程

2dSinθ=λ

n        可知，晶面产生的衍射线是以原射线方向为轴，顶角为4θ，顶点在样品被照射部分的圆锥，见图1．不同指数的晶面间距d不同，因而衍射圆锥顶角不同 ．多晶体衍射圆锥见图2．

图1 多晶体的衍射

 

图2 不同晶面族的衍射图

 

德拜照相原理

n        摄取德拜相的底片一般卷成圆桶状．

n        样品位于中心轴线．

n        底片图样就是衍射圆锥与其交线，如下图所示，称为德拜环．

 

辐射的选择

n        德拜法中经常采用X射线，射线波长的变化范围从0.15――0.20nm．

n        最方便的是采用CuK_α射线．

l        由于铜的导热性大，所以铜靶的X射线管负荷大于（电流强度增大和电压增高）其他轻元素靶的X射线管的负荷（焦点大小一样）．因此，这种铜靶的X射线管可以发出最强的射线

l        铜靶的特征射线（CuK_α）在X射线管小窗中，在空气中以及在用做分析的样品中很少被吸收，因而在摄取照相时的暴光时间比采用其他软射线时为短．

n        射线的波长越长，由同一物质的同一平面反射出的射线所呈布拉格角越大，X射线相上的线越少 ，线间距离也就越大．

 

X射线相的衍射线数

n        理论研究结果，X射线相上的线数与波长立方成反比：

n=k/λ³

n        实验中，X射线相上的线数也决定于晶系，晶系越低，X射线相上线数则越多，而线强度则较弱．主要原因是由于多重化因子所造成的．

 

X射线照相机的分辨率

n        X射线照相机的“分辨率”是定量的表示出X射线相上的线条分开的程度的．

n        照相机的分辨率为一系数，以“φ”表示，根据此系数与Δd/d的乘积（Δd－相临的平面间距之差，d－平均平面间距）可确定“ΔL”值（ΔL平面X射线相上相应于该二平面的衍射线间距）：

φ＝ΔL/(Δd/d)

n        采用布拉格方程式来确定“φ”：

Sinθ=nλ/(2d)

改变sinθ值，必须相等的改变nλ/(2d)值

即：

Δ(sinθ) = Δ ( nλ/2d)

如此

cosθ=-nλΔd/(2d2) =-sinθΔd/d

即

｜Δd/d｜=Δθ/ tgθ

n        接下来确定ΔL值，从下图知：

2L=R×4θ

而

2ΔL=4R×Δθ

或：

ΔL=2R×Δθ

 

n        最终形式可写成：

φ=2Rtgθ

n        照相机的半径和波长越大，面间距离“d”越小，则X射线照相机的分辨率越大．

n        当研究结构常数大的物质，和用重元素（例如钼）制成的X射线管时，得到高分辨率的唯一方法是将照相机的半径增大．

 

样品的最合适大小

n        样品厚度增加时，衍射辐射量随着增加，直到厚度增加到2/μ时为止

n        在这之后，强度开始减弱．

n        如果样品全部置于原射线束中，则用做衍射研究的圆柱体样品直径最好等于2/μ.

(J=J₀×exp(-μL)×L₂)

n        若取一厚度较大的样品，则通过样品内部最长途径的衍射线将减弱．

n        当样品厚度增大时，样品的衍射强度也在增大．

n        当厚度为2/μ时，因吸收而减弱的最厉害的衍射线被记录在底片上的可能性最大，如果采用厚度较大的样品则此种反射线已不能出现．

n        但是样品厚度越大，衍射线越粗．因而测量的准确性越差．此外，采用较厚且强烈的吸收X射线的样品将使衍射相上的线条向高角度方向移动．

n        相反，当采用的样品直径为0.2-0.3毫米时（对于吸收较弱的样品，直径达0.3-0.5毫米）线条移动不大，不需进行校正就可正确测量出θ

 

粉末制成直径约0.2至1毫米的小圆柱体的方法

n        将粉末塞在毛细管内（这时粉末压缩）．

n        将粉末用透明胶涂在细的（直径要小于百分之一毫米）玻璃丝上．

n        将粉末塞在透明胶或任何其他快干有机漆所制的小管内．

n        用液体透明胶将粉末调成糊状，滚成圆柱体．

（本实验中，我们实际采用的是第二种方法．）

 

曝光时间

n        曝光时间不足（或显影时间太短），则照相上所出现的线条不明显，而弱线则将不出现．

n        若曝光时间过长则照相上背影（迷雾）很大，很难发现出弱线，线条的测量也产生困难．如果显影时间过长，即使曝光时间正好也会发生同样的不良效果．

n        德拜照相的曝光时间决定于以下因素：

l        由X射线管发射出的射线强度和波长；

l        被研究样品的原子序数和厚度；

l        X射线管焦点和样品之间的距离；

l        底片盒的直径和光阑直径（狭缝大小）．

其中最大影响的是X射线管焦点大小和照相机装置的质量