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1、X射线衍射学原理,材料科学与工程学院 艾 延 龄 E-mail: ,中南大学,X射线衍射分析技术,历史背景 第一章 X射线的物理学基础 第二章 X射线的晶体学基础 第三章 X射线的衍射原理 第四章 X射线的强度 第五章 X射线衍射实验方法和点阵常数测定 第六章 物相分析 第七章 晶粒尺寸和点阵畸变度的测定,主要内容,第八章 单晶体取向的测定 第九章 宏观应力的测定 第十章 织构测定,与X射线有关的历史背景,中南大学,材料科学与工程学院 艾 延 龄,由于未知这种射线的实质（或本性），将它称为 X 射线。,历史上第一张X射线照片，就是伦琴拍摄他夫人的手的照片。,伦琴 （W. K. Rontgen，
2、1845-1923）,X射线不仅是第一种被发现的以射线命名的物质，它的发现直接导致了元素放射性的发现！ X射线发现后,人们以为用太阳光照射荧光物质就能产生X射线.1896年,贝克勒尔对此展开研究,他用铀的氧化物作为荧光物质,放在太阳下暴晒,确实让底片感光了,当他进一步验证的时候,乌云遮住了太阳,一连几天都是阴天,但当他将底片洗出来之后,非常吃惊的发现底片曝光要比在太阳下强上百倍.最终导致了元素放射性的发现,打开了通往原子内部的大门.,由于X射线的发现具有重大的理论意义和实用价值，伦琴于1901年获得首届诺贝尔物理学奖!,1912年，劳厄(Max von Laue)，弗里德里希(Fdededch
3、 w)与尼平（Knipping）所做的实验演示了X射线通过晶体所产生的衍射花样，既证实了X射线具有波动性，又验证了晶体具有周期性。对科学的发展产生了不可估量的影响。,劳埃,1904年博士毕业于柏林大学,导师是普朗克,1905年留在柏林大学做普朗克的助教,1909年转到慕尼黑大学在索末菲手下做讲师。当时对X射线究竟是粒子还是波存在争议,但索末菲和劳埃倾向于是波。 1912年2月,索末菲的博士研究生埃瓦尔德向劳埃请教与晶体有关的光学问题,劳埃反复询问了晶格振子之间的距离。 1912年4月劳埃、索末菲的助教弗里德里希和伦琴的博士研究生尼平进行了晶体X射线衍射实验，经过多次失败终于得到了清晰的衍射花样
4、。,弗里德利希和尼平的实验装置,底片上显出有规则的斑点,劳厄的 X 射线衍射实验原理图,晶体中有规则排列的原子，可看作一个立体的光栅。原子的线度和间距大约为10 - 10 m 数量级，根据前述可见光的光栅衍射基本原理推断，只要 入射X 射线的波长与此数量级相当或更小些，就可能获得衍射现象。,康普顿效应,1922年，康普顿在研究X射线被自由电子散射的时候，发现一个奇怪的现象：散射出来的X射线分成两部分，一部分和原来的入射线波长相同，而另一部分则比原来的波长要长，具体的大小和散射角存在着函数关系。康普顿在引入光量子的基础上推导出了波长变化和散射角的关系式，和实验结果符合得非常好。,康普顿效应是量子理论最重要的实验依据之一，康普顿也因此获得1927年的诺贝尔物理学奖！,与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单,X射线的应用,利用X射线的穿透能力得到透视照片。如医用X光照片，材料内部无损探伤等；,利用X射线衍射测定晶体的结构和对称性，晶格常数；测定晶粒尺寸，宏观应力和织构等；,利用X射线的光谱学来得到材料的成分等微观信息。如各种能谱仪。 七十年代发展起来的X射线吸收精细结构（X-ray Absorption Fine Spectroscopy, XAFS)。其中XAFS不但能得到材料的成分信息，而且能得到离子的价键、离子间的距离以及离子或原子的配位数等结构信息。,