材料研究方法绪论 材料的分类 、按化学组成分类： 1.金属材料是由化学元素周期表中的金属元素组成的材料。可分为由一种金属元素构 成的单质（纯金属）：由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的合金。合金 又可分为固溶体和金属间化合物。 无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐 锗酸盐等原料和（或）氧 化物、氨化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的 材料。是除金属材料、高分子材料以外所有材料的总称。它与广义的陶瓷材料有等同的含义。 无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前还没有统一完善的分类方法。一般将其分为传统 的（普通的）和新型的（先进的）无机非金属材料两大类。 传统的无机非金属材料主要是指由S02及其硅酸盐化合物为主要成分制成的材料，包 括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。此外，塘瓷、磨料、铸石（辉绿岩、玄武岩等、碳素 材料、非金属矿（石棉、云母、大理石等）也属于传统的无机非金属材料。 先进（或新型）无机非金属材料是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物 以及各种无机非金屈化合物经特殊的先进工艺制成的材料。主要包括先讲陶瓷、非品态材料 人工品体、于机涂层、于机维 传统无机材料：陶瓷，玻璃，水泥，耐火材料 高聚物是由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。高聚 物的种类繁多，性能各异，其分类的方法多种多样。按高分子材料来源分为天然高分子材料 和合成高分子材料：按材料的性能和用途可将高聚物分为橡胶、纤维、塑料和胶粘剂等。 复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成。复合材料是 多相材 主要包括基本相和增强相。基体相是一种连续相材料 它把改善性能的增强相材 料固结成一体，并起传递应力的作用：增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功 能复合材料)的作用。复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分 的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能。 二、材料按结品状态分类 单晶材料是由 一个比较完整的晶粒构成的材料，如单晶纤维、单品硅 多晶材料是由许多品粒组成的材料，其性能与品粒 大小、品界的性质有密切的关系 非品态材料是由原子或分子排列无明显规律的固体材料，如]玻璃、高分子材料。 三、按尺寸分类 材料按材料的尺寸可分为零维材料、一维材料、二维材料、三维材料。 零维材料即超微粒子，通讨S法、多相沉积或激光笔方法，可以制各出亚微米级 的陶瓷或金属粉末 大小1一100nm的超微粒比表面积大（可作为高效催化剂）、比表面能 高、熔点低、烧结温度下降、扩散速度快、强度高而塑性下降慢、电子态由连续能带变为不 连续、光吸收也发生异常现象（可以成为高效微波吸收材料）。 一维材料，如光导纤维由于其信息传输量远比铜、铅的同轴电缆大，而且光纤有很强的 保密性，所以发展很快。再比如脆性块状材料在变成细丝后便增加了韧性，可以用来增强其 它的块状。实用纤维为碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维。纤维中强度和刚度最高的要算晶须 二维材料（薄膜），如金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体薄膜。由于薄膜的电子所 状态和外界环境的影响，可表现出不同的电子迁移规律，完成特定的电学、光学或电子学功 能，如成为绝缘体、铁电体、导体或半导体等，从而有可能作为光学薄膜用于非线性光学、 光开关、放大或调幅、敏感与传感元件，用于显示或探测器，用于环保或表面改性的保护膜
材料研究方法绪论 材料的分类： 一、按化学组成分类: 1．金属材料是由化学元素周期表中的金属元素组成的材料。可分为由一种金属元素构 成的单质（纯金属）；由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的合金。合金 又可分为固溶体和金属间化合物。 2．无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧 化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的 材料。是除金属材料、高分子材料以外所有材料的总称。它与广义的陶瓷材料有等同的含义。 无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前还没有统一完善的分类方法。一般将其分为传统 的（普通的）和新型的（先进的）无机非金属材料两大类。 传统的无机非金属材料主要是指由 SiO2 及其硅酸盐化合物为主要成分制成的材料，包 括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。此外，搪瓷、磨料、铸石（辉绿岩、玄武岩等）、碳素 材料、非金属矿（石棉、云母、大理石等）也属于传统的无机非金属材料。 先进（或新型）无机非金属材料是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物 以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。主要包括先进陶瓷、非晶态材料、 人工晶体、无机涂层、无机纤维等。 传统无机材料：陶瓷，玻璃，水泥，耐火材料 高聚物是由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。高聚 物的种类繁多，性能各异，其分类的方法多种多样。按高分子材料来源分为天然高分子材料 和合成高分子材料；按材料的性能和用途可将高聚物分为橡胶、纤维、塑料和胶粘剂等。 复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成。复合材料是 多相材料，主要包括基本相和增强相。基体相是一种连续相材料，它把改善性能的增强相材 料固结成一体，并起传递应力的作用；增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功 能复合材料）的作用。复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分 的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能。 二、材料按结晶状态分类 单晶材料是由一个比较完整的晶粒构成的材料，如单晶纤维、单晶硅； 多晶材料是由许多晶粒组成的材料，其性能与晶粒大小、晶界的性质有密切的关系。 非晶态材料是由原子或分子排列无明显规律的固体材料，如玻璃、高分子材料。 三、按尺寸分类 材料按材料的尺寸可分为零维材料、一维材料、二维材料、三维材料。 零维材料即超微粒子，通过 Sol-gel 法、多相沉积或激光等方法，可以制备出亚微米级 的陶瓷或金属粉末，大小 1—100nm 的超微粒比表面积大（可作为高效催化剂）、比表面能 高、熔点低、烧结温度下降、扩散速度快、强度高而塑性下降慢、电子态由连续能带变为不 连续、光吸收也发生异常现象（可以成为高效微波吸收材料）。 一维材料，如光导纤维由于其信息传输量远比铜、铅的同轴电缆大，而且光纤有很强的 保密性，所以发展很快。再比如脆性块状材料在变成细丝后便增加了韧性，可以用来增强其 它的块状。实用纤维为碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维。纤维中强度和刚度最高的要算晶须。 二维材料（薄膜），如金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体薄膜。由于薄膜的电子所处 状态和外界环境的影响，可表现出不同的电子迁移规律，完成特定的电学、光学或电子学功 能，如成为绝缘体、铁电体、导体或半导体等，从而有可能作为光学薄膜用于非线性光学、 光开关、放大或调幅、敏感与传感元件，用于显示或探测器，用于环保或表面改性的保护膜
二维材料即块状材料。 组成结构性质工艺过程之间的关系 组成与结 组 指构成材料物质的原子、分子及其分布：除主要组成以外，杂质及对无机非金属 材料结构与性能有重要影响的微量添加物亦不能忽略。 结构一 一则指组成原子、分子在不同层次上被出结合的形式、状态和空间分布，句括原子与 电子结构、分子结构、品体结构、相结构、品粒结构、表面与品界结构、缺陷结构等：在尺 度上则包括纳米以下、纳米、微米、毫米及更宏观的结构层次 化学组成 ■结构 性能 材料分析方法简介： 对不同尺寸材料的分类 电子显微镜主要的用 金即在辨明各种讯号以作品体结构、微细组织、化学成份、化学键结利 电子分布情况分析。此等讯号可分为三类，即 (一)电子讯号，又可细分为： 1,未散射电子（透射电子） 2.散射电子（包括弹性、非弹性反射和穿透电子及被吸收电子） 3.激发电子（包括二次电子及俄数电子Auger electron) (二)电磁波讯号 又可分为， 1.X光射线（包括特性及制动辐射） 2.可见光（阴极发光） (三)电动势，由半导体中电子一空穴对的产生而引起 关子这些讯号的能量及在晶体中散失的能量、成像能力及所能提供的资料见表1山与表12 利用穿透式电子显微镜监定材料的主要功能见图 ,2 电子显微镜与光学显微镜、X光衍射仪特性及功能之此较 近代材料学者利用许多波性粒子与材料作用产生讯号来分析材料之构造与缺陷。常用分 析仪器包括光学显微镜、X光衍射仪及电子显微镜。这些分析仪器各有所长，亦有短缺不足 之处。兹将此三种分析仪器之特性、功能及适用范围表列於表1.3，最有效之分析方法乃在 适切地配合使用各种仪器， 以期功用能相辅相成。 第一章：X射线的性质 X射线的发现： 伟大的物理学家，X射线发明者一伦琴，伦琴的简介 .1895年德国物理学家 .“伦琴"发现X射线 .1895-1897年伦琴搞清楚了X射线的产生、传播、穿透力等大部分性质 .1901年伦琴获诺贝尔奖 .1912年劳埃进行了品体的X射线衍射实验 X射线的应用 ·在X射线发现后几个月医生就用它来为病人服务 ·与X射线及品体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单
三维材料即块状材料。 组成-结构-性质-工艺过程之间的关系 组成与结构 组成 ——指构成材料物质的原子、分子及其分布；除主要组成以外，杂质及对无机非金属 材料结构与性能有重要影响的微量添加物亦不能忽略。 结构——则指组成原子、分子在不同层次上彼此结合的形式、状态和空间分布，包括原子与 电子结构、分子结构、晶体结构、相结构、晶粒结构、表面与晶界结构、缺陷结构等；在尺 度上则包括纳米以下、纳米、微米、毫米及更宏观的结构层次。 材料分析方法简介： 对不同尺寸材料的分类 电子显微镜主要的用途即在辨明各种讯号以作晶体结构、微细组织、化学成份、化学键结和 电子分布情况分析。此等讯号可分为三类，即 (一) 电子讯号，又可细分为： 1. 未散射电子（透射电子） 2. 散射电子(包括弹性、非弹性反射和穿透电子及被吸收电子) 3. 激发电子(包括二次电子及俄歇电子(Auger electron) (二) 电磁波讯号，又可分为， 1.X 光射线(包括特性及制动辐射) 2. 可见光(阴极发光) (三) 电动势，由半导体中电子一空穴对的产生而引起。 关于这些讯号的能量及在晶体中散失的能量、成像能力及所能提供的资料见表 l.l 与表 1.2。 利用穿透式电子显微镜监定材料的主要功能见图 l.2。 电子显微镜与光学显微镜、X 光衍射仪特性及功能之此较 近代材料学者利用许多波性粒子与材料作用产生讯号来分析材料之构造与缺陷。常用分 析仪器包括光学显微镜、X 光衍射仪及电子显微镜。这些分析仪器各有所长，亦有短缺不足 之处。兹将此三种分析仪器之特性、功能及适用范围表列於表 1.3，最有效之分析方法乃在 适切地配合使用各种仪器，以期功用能相辅相成。 第一章：X 射线的性质 X 射线的发现： 伟大的物理学家,X 射线发明者-伦琴，伦琴的简介 .1895 年德国物理学家-“伦琴”发现 X 射线 .1895-1897 年伦琴搞清楚了 X 射线的产生、传播、穿透力等大部分性质 .1901 年伦琴获诺贝尔奖 .1912 年劳埃进行了晶体的 X 射线衍射实验 X 射线的应用 • 在 X 射线发现后几个月医生就用它来为病人服务 • • 与 X 射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单 化学组成 结构 性能 决定 决定
X射线的本质 与可见光一样，X射线也是电磁波的一种，具有波粒二像性。波长在10一8cm左右， 介绍光线的波长变化 X射线与普通光线的比较： ·X射线穿透能力强，可以透过很多可见光不能透过的物质 ·人的肉眼看不见X射线，但X射线能使气体电离，使照相底片感光，能穿过不透明 的物体，还能使荧光物质发出荧光。 X射线呈直线传播 在电场和磁 中不发生偏转 当穿过物体时仅部分被散射 X射线对动物有机体（其中包括对人体）能产生巨大的生理上的影响，能杀伤生物 细胞。 X射线的波粒二相性 6=hv=hic 1、X射线的波动性的相关知识： X射线的波长范围：0.01~100A 表现形式：在品体作衍射光栅观察到的X射线的衍射现象，即证明了X射线的被动性， 硬X射线：波长较短的硬X射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤 及金属物 分析 软X射线：波长较长的软X射线能量较低，穿透性弱， 用于分析非金属的分析。 X射线波长的度量单位常用埃(A)或晶体学单位(kX)表示：通用的国际计量单位中 用纳米(m)表示，它们之间的换算关系为： Inm=10 A m 1kX=1.0020772±0.000053A(1973年值). 2、X射线的粒子性的相关知识 特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量， 表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如光电效应：二次电子等。 X射线的频率ⅴ、波长入以及其光子的能量ε、动量p之间存在如下关系： 6=hv=hc 式中h -普期克常数，等于6.625×1034J.s 一X射线的速度，等于2.998×101cms 练习， 1.试计算波长0.71A(Mo-Ka)和1.54A(Cu-Ka)的X射线束，其频率和每个量子的能 X射线的产生： X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后然减速，且与该物质中的内层电子相 互作用而产生的。 产生条件： ·1产生自由电子 ·2.使电子作定向的高速运动： 3.在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。 (1%左右)能量转变为X射线，(99%左右)能量转变成热能，使物体温度升高。 X射线产生的过程演示
X 射线的本质 与可见光一样， X 射线也是电磁波的一种，具有波粒二像性。波长在 10－8cm 左右。 介绍光线的波长变化。 X 射线与普通光线的比较： • X 射线穿透能力强，可以透过很多可见光不能透过的物质 • 人的肉眼看不见 X 射线，但 X 射线能使气体电离，使照相底片感光，能穿过不透明 的物体，还能使荧光物质发出荧光。 • X 射线呈直线传播，在电场和磁场中不发生偏转；当穿过物体时仅部分被散射。 • X 射线对动物有机体（其中包括对人体）能产生巨大的生理上的影响，能杀伤生物 细胞。 X 射线的波粒二相性 1、X 射线的波动性的相关知识： X 射线的波长范围：0.01~100 Å 表现形式：在晶体作衍射光栅观察到的 X 射线的衍射现象，即证明了 X 射线的波动性。 硬 X 射线：波长较短的硬 X 射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤 及金属物相分析。 软 X 射线：波长较长的软 X 射线能量较低，穿透性弱，可 用于分析非金属的分析。 X 射线波长的度量单位常用埃（Å）或晶体学单位（kX）表示；通用的国际计量单位中 用 纳 米 （ nm ） 表 示 ， 它 们 之 间 的 换 算 关 系 为 ： 1nm=10 Å = m 1kX=1.0020772±0.000053A (1973 年值)。 2、X 射线的粒子性的相关知识 特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量。 表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如光电效应；二次电子等。 X 射线的频率ν、波长λ以及其光子的能量ε、动量 p 之间存在如下关系： 式中 h——普朗克常数，等于 6.625×10-34 J.s; c——X 射线的速度，等于 2.998×1010cm/s. 练习： 1.试计算波长 0.71A（Mo-Kα）和 1.54A（Cu- Kα）的 X 射线束，其频率和每个量子的能 量？ X 射线的产生： X 射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相 互作用而产生的。 产生条件： • 1.产生自由电子； • 2.使电子作定向的高速运动; • 3.在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。 （1％左右）能量转变为 X 射线，（99％左右）能量转变成热能,使物体温度升高。 X 射线产生的过程演示 hc = h = h p = h p = hc = h =
X射线管的结构： 封闭式X射线管实质上就是一个大的真空(10510mmhg)二极管。基本组成包括： ()阴极一发射电子。一般由钨丝制成，通电加热后释放出热辐射电子。 (2)阳极一靶，使电子突然减速并发出X射线。 (3)窗口 一X射线出射通道。既能让X射线出射，又能使管密封。窗口材料用金属皱或 硼酸皱锂构成的林德曼玻璃。窗口与靶面常成3-6°的斜角，以减少靶面对出射X射线的阻 碍。 (4)高速电子转换成X射线的效率只有1%，其余99%都作为热而散发了。所以材料要 导热性能好，常用黄铜或紫铜制作，还需要循环水冷却。因此X射线管的功率有限，大功 率需要用旋转阳极 5)焦 极靶表面被电子轰击的一块面积，X射线就是从这块面积上发射出来的 焦点的尺寸和形状是X射线管的重要特性之一。焦点的形状取决于灯丝的形状，螺形灯丝 产生长方形焦点 X射线衍射工作中希望细焦点和高强度：细焦点可提高分辨率：高强度则可缩短暴光 时间。为提高功率对阳极靶的改进：旋转阳极 常用X射线管的功率为500~3000 。目前还有旋转阳极X射线管、细聚焦X射线 管和闪光X射线管， 因阳极不断旋转，电子束轰击部位不断改变，故提高功率也不会烧熔靶面。目前有 10OkW的旋转阳极，其功率比普通X射线管大数十倍。 X射线的源之的同步辐射实验室介绍 同北辐射的主要装置 注入器。电子存储环 光线束 三个部分 优点：强度高，为常规X射线剂的1000~1000倍，使衍射实验所需要的曝光时间短，准直 性好，发散度小。 X射线谱-连续X射线谱 X射线强度与波长的关系曲线，称之X射线普 在管压很低时 小于20kv的曲线是连续变化的，故称之连续X射线谱，即连续谱。又称为 多色X射线培，此x射线为软X射线： 连续谱x射线产生过程演示： 对连续X射线谱的解释1 根据经典物理学的理论，一个带负电荷的电子作加速运动时，电子周围的电磁场将发生 急剧变化，此时必然要产生一个电磁波，或至少一个电磁脉冲。由于极大数量的电子射到阳 极上的时间和条件不可能相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续X射 线谱。 对连续X射线谱的解释2 量子力学概念，当能量为V的电子与靶的原子整体碰撞时，电子失去自己的能量，其中 一部分以光子的形式辐射出去，每碰撞一次，产生一个能量为v的光子，即韧致辐射 大量的电子有 靶面的时间、条件均不同，而且还有多次碰撞，因而产生不同能量不同 强度的光子序列，即形成连续谱。 极限情况下，能量为v的电子在碰撞中一下子把能量全部转给光子，那么该光子获得最 高能量和具有最短波长，即短波限入0。都有一个最短波长，称之短波限λ0，强度的最大值
X 射线管的结构： 封闭式 X 射线管实质上就是一个大的真空（ 10-5~10-7mmhg）二极管。基本组成包括： • （1）阴极——发射电子。一般由钨丝制成，通电加热后释放出热辐射电子。 • （2）阳极——靶，使电子突然减速并发出 X 射线。 • （3）窗口——X 射线出射通道。既能让 X 射线出射，又能使管密封。窗口材料用金属铍或 硼酸铍锂构成的林德曼玻璃。窗口与靶面常成 3-6°的斜角，以减少靶面对出射 X 射线的阻 碍。 （4）高速电子转换成 X 射线的效率只有 1%，其余 99%都作为热而散发了。所以靶材料要 导热性能好，常用黄铜或紫铜制作，还需要循环水冷却。因此 X 射线管的功率有限，大功 率需要用旋转阳极 （5）焦点——阳极靶表面被电子轰击的一块面积，X 射线就是从这块面积上发射出来的。 焦点的尺寸和形状是 X 射线管的重要特性之一。焦点的形状取决于灯丝的形状，螺形灯丝 产生长方形焦点 X 射线衍射工作中希望细焦点和高强度；细焦点可提高分辨率；高强度则可缩短暴光 时间。为提高功率对阳极靶的改进：旋转阳极 常用 X 射线管的功率为 500～3000W。目前还有旋转阳极 X 射线管、细聚焦 X 射线 管和闪光 X 射线管。 因阳极不断旋转，电子束轰击部位不断改变，故提高功率也不会烧熔靶面。目前有 100kW 的旋转阳极，其功率比普通 X 射线管大数十倍。 X 射线的源之的同步辐射实验室介绍 同步辐射的主要装置： 注入器。电子存储环，光线束三个部分 优点：强度高，为常规 X 射线剂的 1000~10000 倍，使衍射实验所需要的曝光时间短，准直 性好，发散度小。 X 射线谱-连续 X 射线谱 X 射线强度与波长的关系曲线，称之 X 射线谱。 在管压很低时，小于 20kv 的曲线是连续变化的，故称之连续 X 射线谱，即连续谱。又称为 多色 x 射线谱，此 x 射线为软 x 射线。 连续谱 x 射线产生过程演示： 对连续 X 射线谱的解释 1 根据经典物理学的理论，一个带负电荷的电子作加速运动时，电子周围的电磁场将发生 急剧变化，此时必然要产生一个电磁波，或至少一个电磁脉冲。由于极大数量的电子射到阳 极上的时间和条件不可能相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续 X 射 线谱。 对连续 X 射线谱的解释 2 量子力学概念，当能量为 ev 的电子与靶的原子整体碰撞时，电子失去自己的能量，其中 一部分以光子的形式辐射出去，每碰撞一次，产生一个能量为 hv 的光子，即“韧致辐射”。 大量的电子在到达靶面的时间、条件均不同，而且还有多次碰撞，因而产生不同能量不同 强度的光子序列，即形成连续谱。 极限情况下，能量为 ev 的电子在碰撞中一下子把能量全部转给光子，那么该光子获得最 高能量和具有最短波长，即短波限λ0。都有一个最短波长，称之短波限λ0，强度的最大值
在λ0的1.5倍处。 eV=hymax he/0 λ0=1.24/y(nm) 短波限 连续X射线谱在短波方向有一个波长极限，称为短波限λ0.它是由光子一次碰撞就耗尽能量 所产生的X射线。它只与管电压有关 不受其它因素的影响。 相互关系为： 式中c一电子电荷，等于4.803*1010静电单位： V一电子通过两极时的电压降（静电单位）： 一普朗克常数，等于6.625×104J.s 练习 试计算用50水V操作时，X射线管中的电子在撞击靶时的速度和动能，所发射的X射线短 波限为多少？ X射线的照度 X射线的强度是指行垂直X射线传播方向的单位面积上在单位时间内所通过的光子数 目的能量总和 常用的单位是/cm2.s X射线的强度I是由光子能量hv和它的数目n两个因素决定的，即I=nhv连续X射线强 度最大值在15λ。而不在入。处。 连续X射线谱中每条曲线下的面积表示连续X射线的总强度。也是阳极靶发射出的X 射线的总能量。图7 实验证明，1与管电流、管电压、阳极靶的原子序数存在如下关系：1=K☑且 X射线管的效率为： 刀=X射线管效率= X射线功率_KZV -=K ZV 电子流功率 随者原子序数Z的增加，X射线管的效率提高，但即使用原子序数大的钨靶，在管压高达 1O的情况下，X射线管的效率仅有1%左右，99%的能量都转变为热能 X射线谱-特征X射线谱 当管电压超过某临界值时，特征谱才会出现，该临界电压称激发电压。当管电压增加时， 连续谱和特征谱强度都增加，而特征谱对应的波长保持不变。 钼靶X射线管当管电压等于或高于20KV时，则除连续X射线谱外，位于一定波长处还 叠加有少数强进线。它们即特征X射线 钼靶X射线管在35K 电压下的谱线 其特征x射线分别位于0.63A和0.71A处，后者 的强度约为前者强度的五倍。这两条谱线称钼的K系 特征X射线的产生机理 特征X射线的产生机理与靶物质的原子结构有关。原子壳层按其能量大小分为数层，通常 用K、L、M、N等字母代表它们的名称。 当管电压达到或超过某一临界值时，则阴极发出的电子在电场加速下，可以将靶物质原子深 层的电子击到能量较高的外部壳层或击出原子外，使原子电离。阴极电子将自已的能量给予 受激发的原子，而使它的能量增高，原子处于激发状态。 如果K层电子被击出K层，称K激发，L层电子被击出L层，称L激发，其余各层依此类
在λ0 的 1.5 倍处。 • eV = hvmax = hc/λ0 • λ0 = 1.24/V （nm） 短波限 连续 X 射线谱在短波方向有一个波长极限，称为短波限λ0.它是由光子一次碰撞就耗尽能量 所产生的 X 射线。它只与管电压有关，不受其它因素的影响。 相互关系为： 式中 e——电子电荷，等于 4.803*10-10 静电单位； V——电子通过两极时的电压降（静电单位）； h——普朗克常数，等于 6.625×10-34 J.s; 练习： 试计算用 50KV 操作时，X 射线管中的电子在撞击靶时的速度和动能，所发射的 X 射线短 波限为多少？ X 射线的强度 X 射线的强度是指行垂直 X 射线传播方向的单位面积上在单位时间内所通过的光子数 目的能量总和。 常用的单位是 J/cm2 .s. X 射线的强度 I 是由光子能量 hv 和它的数目 n 两个因素决定的,即 I=nhv.连续 X 射线强 度最大值在 1.5λ0,而不在λ0 处。 连续 X 射线谱中每条曲线下的面积表示连续 X 射线的总强度。也是阳极靶发射出的 X 射线的总能量。图 1-7 实验证明，I 与管电流、管电压、阳极靶的原子序数存在如下关系： 且 X 射线管的效率为: 随着原子序数 Z 的增加，X 射线管的效率提高，但即使用原子序数大的钨靶，在管压高达 100kv 的情况下，X 射线管的效率也仅有 1﹪左右，99％的能量都转变为热能。 X 射线谱- 特征 X 射线谱 当管电压超过某临界值时，特征谱才会出现，该临界电压称激发电压。当管电压增加时， 连续谱和特征谱强度都增加，而特征谱对应的波长保持不变。 钼靶 X 射线管当管电压等于或高于 20KV 时，则除连续 X 射线谱外，位于一定波长处还 叠加有少数强谱线，它们即特征 X 射线谱。 钼靶 X 射线管在 35KV 电压下的谱线，其特征 x 射线分别位于 0.63Å 和 0.71Å 处，后者 的强度约为前者强度的五倍。这两条谱线称钼的 K 系 特征 X 射线的产生机理 特征 X 射线的产生机理与靶物质的原子结构有关。 原子壳层按其能量大小分为数层，通常 用 K、L、M、N 等字母代表它们的名称。 • 当管电压达到或超过某一临界值时，则阴极发出的电子在电场加速下，可以将靶物质原子深 层的电子击到能量较高的外部壳层或击出原子外，使原子电离。阴极电子将自已的能量给予 受激发的原子，而使它的能量增高，原子处于激发状态。 • 如果 K 层电子被击出 K 层，称 K 激发，L 层电子被击出 L 层，称 L 激发，其余各层依此类 0 max hc eV = h = m I连 = K1 iZV K ZV iV X K ZV X 1 2 1 = = = = 电子流功率 射线功率 射线管效率
推。产生K激发的能量为WK=hvK,阴极电子的能量必须满足eV≥WK=hvK,才能产 生K激发。其临界值为eVK三WK,VK称之临界激发电压 子有自发回到稳定状态的向，此时外层电子将填充内层空位，相应件 随着原子能量的降低。原子从高能态变成低能态时 ,多出的能量以X射线形式辐射出来 因物质一定，原子结构一定，两特定能级间的能量差一定，故辐射出的特征X射波长一定。 当K电子被打出K层时，如L层电子来填充K空位时，则产生Kā辐射。此X射线的能量 为电子跃迁前后两能级的能量差，即 huga =Wg-W=hvg-hu 特征X射线的命名方法 同样当K空位被M层电子填充时，则产生KB辐射。M能级与K能级之差大于L能级与K 能级之差，即一个KB光子的能量大于一个Kā光子的能量：但因L一K层跃迁的几率比 M→K迁附几率大，故Kα辐射强度比KB辐射强度大五倍左右。 显然，当L层电子填充K层后，原子由K激发状态变成L激发状态，此时更外层如MN 层的电子将填充L层空 系辐射。因出 当原子受到K激发时，除产生K系辐乐 外，还将伴生L、M 等系的辐射。除K系辐射因波长短而不被窗口完全吸收外，其余各 系均因波长长而被吸收 Kā双线的产生与原子能级的精细结构相关。L层的8个电子的能量并不相同，而分别位于 二个亚层上。Ka双线系申子分别由L和L两个亚层跃千到K层时产生的辐射，而由L 亚层到K层因不符合选择定则（此时A1=0),因此没有辐射。 小结： 连续谱 高速运动的粒子能量转换 谱图特征：强度随波长连是衍射分析的背底 (软X射线) 电磁波 续变化 是医学采用的 特征谱 高能级电子回跳到低能级仅在特定波长处有特别 (硬X射线 余能量转换成电磁波 的强度蜂 衍射分析采用 莫色莱定律 特征X射线谱的频率（或波长）只与阳极靶物质的原子结构有关，而与其他外界因素无关， 是物质的固有特性。 1913~1914年莫色莱发现物质发出的特征谱波长与它本身的原子序数 间存在以下关系 =K亿-o) 根据莫色莱定律，将实验结果所得到的未知元素的特征X射线谱线波长，与已知的元素波 长相比较，可以确定它是何元素。它是X射线光谱分析的基本依据 X射线与物质的相互作用 X射线与物质的相互作用， 是一个出较复杂的物理过程。一束X射线通时物体后，其用 将被衰减，它是被散射和吸收的结果，并且吸收是造成强度衰减的主要原因。对图片进行解 释。 X射线的散射 1、相干散射： 当X射线师过时物质时，物质原子的申子在电磁场的作用下将产生受拍振动，其振动频率上 入射X射线的频率相同 任何带电粒子作受迫振动时将产生交变电磁场， 从而向四周辐射 电磁波，其频率与带电粒子的振动频率相同。由于散射线与入射线的波长和频率 一致，位相 固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散射。相干散射是X射线在晶体 中产：生衍射现象的基础。 2、不相干散射 X射线经束缚力不大的电子（如轻原子中的电子）或自由电子散射后，可以得到波长比入射
推。产生 K 激发的能量为 WK＝hυK，阴极电子的能量必须满足 eV≥WK＝hυK，才能产 生 K 激发。其临界值为 eVK＝WK ，VK 称之临界激发电压。 处于激发状态的原子有自发回到稳定状态的倾向，此时外层电子将填充内层空位，相应伴 随着原子能量的降低。原子从高能态变成低能态时，多出的能量以 X 射线形式辐射出来。 因物质一定，原子结构一定，两特定能级间的能量差一定，故辐射出的特征 X 射波长一定。 当 K 电子被打出 K 层时，如 L 层电子来填充 K 空位时，则产生 Kα辐射。此 X 射线的能量 为电子跃迁前后两能级的能量差，即 特征 X 射线的命名方法 同样当 K 空位被 M 层电子填充时，则产生 Kβ辐射。M 能级与 K 能级之差大于 L 能级与 K 能级之差，即一个 Kβ光子的能量大于一个 Kα光子的能量； 但因 L→K 层跃迁的几率比 M→K 迁附几率大，故 Kα辐射强度比 Kβ辐射强度大五倍左右。 显然，当 L 层电子填充 K 层后，原子由K 激发状态变成 L 激发状态，此时更外层如 M、N. 层的电子将填充 L 层空位，产生 L 系辐射。因此，当原子受到 K 激发时，除产生 K 系辐射 外，还将伴生 L、M.等系的辐射。除 K 系辐射因波长短而不被窗口完全吸收外，其余各 系均因波长长而被吸收。 Kα双线的产生与原子能级的精细结构相关。L 层的 8 个电子的能量并不相同，而分别位于 三个亚层上。Kα双线系电子分别由 LⅢ和 LⅡ两个亚层跃迁到 K 层时产生的辐射，而由 LI 亚层到 K 层因不符合选择定则（此时Δl＝0），因此没有辐射。 小结： 连续谱 (软 X 射线) 高速运动的粒子能量转换成 电磁波 谱图特征:强度随波长连 续变化 是衍射分析的背底; 是医学采用的 特征谱 (硬 X 射线) 高能级电子回跳到低能级多 余能量转换成电磁波 仅在特定波长处有特别强 的强度峰 衍射分析采用 莫色莱定律 特征 X 射线谱的频率（或波长）只与阳极靶物质的原子结构有关，而与其他外界因素无关， 是物质的固有特性。1913～1914 年莫色莱发现物质发出的特征谱波长与它本身的原子序数 间存在以下关系： • 根据莫色莱定律，将实验结果所得到的未知元素的特征 X 射线谱线波长，与已知的元素波 长相比较，可以确定它是何元素。它是 X 射线光谱分析的基本依据 X 射线与物质的相互作用 X 射线与物质的相互作用，是一个比较复杂的物理过程。一束 X 射线通过物体后，其强度 将被衰减，它是被散射和吸收的结果，并且吸收是造成强度衰减的主要原因。对图片进行解 释。 X 射线的散射 1、相干散射： 当 X 射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，其振动频率与 入射 X 射线的频率相同。任何带电粒子作受迫振动时将产生交变电磁场，从而向四周辐射 电磁波，其频率与带电粒子的振动频率相同。由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相 固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散射。相干散射是 X 射线在晶体 中产生衍射现象的基础。 2、不相干散射 X 射线经束缚力不大的电子（如轻原子中的电子）或自由电子散射后，可以得到波长比入射 h K =WK −WL = h K − hL ( ) = K Z − 1
X射线长的X射线，且波长随散射方向不同而改变。这种散射现象称为康普顿散射或康普 顿一吴有训散射，也称之为不相干散射，是因散射线分布于各个方向，波长各不相等，不能 现象 入射X射线遇到约束松的电子时，将电子撞至 成为反 冲电子 线的能量对电子作功而消耗一部份后，剩余部份以X射线向外辐射。散射X射线的波长（入 ·)比入射x射线的波长（λ）长，其差值与角度a之间存在如下关系： A元=元-2=002431-c0s 不相干散射在衍射图相上成为连续的背底，其强度随(s日/入)的增加而增大，在底片中 入射线与底片相交处)强度最小， 越大，强度越大 小结 相干散射 因为是相干波所以可以干涉加强。 只有相干散射才能产生衍射所以相干散射是X射线衍射基础 不相干散射 因为不相干散射不能干涉加强产生衍射，所以不相干散射只是衍射的背底 物质对X射线的吸收 物质对X射线的吸收，是指X射线通过物质时光子的能量变成了其他形式时能量。有时将 X射线通过物质时造成的能量损失称为真吸收。 X射线通过物质时产生的光电效应和镜歌效 应，使入射X射线的能量变成光电子、俄歇电子和荧光X射线的能量，使X射线强度被哀 减，是物质对X射线的真吸收过程。 光电效应光电子和荧光X射线 光电效应1 发K系光电效： 的功WK,即 地光的能量必须等于或大于将K电子从K层移至无穷远时所作 hc 将激发限波长入K和激发电压VK联系起，即 式中VK以V为单位。(1一4)式和(1一11)式形式：非清拟1但物理意义完全不同。 前者说明连续谱的短波限λ0随管电压的增高而减小而后者说明每种物质的K激发限波长 都有它白己特定的值 从X射线激发光电效应的角度，称入K为激发限：然而，从X射线被物质吸收的角度，则 称入K为吸收限。 光电效应2-一俄歇效应 对俄歇效应示意图片进行解释：两个过程 俄歇(Auer,MP)在1925年发现，原子中K层的一个电子被打出后，它就处于N 激发状态，其能量为EK。如果一个L层电子来填充这个空位，K电离就变成L电离，其能 量由EK变成EL,此时将释放EKEL的能量。释放出的 量，可能产生荧光X射线，也可 能给予L层的电子，使其脱离原子产生二次电离。即K层的一个空位被L层的两个空位所 代替，这种现象称俄歇效应 从L层跳出原子的电子称KLL俄歇电子。每种原子的俄歇电子均具有一定的能量，测 定俄歇电子的能量，即可确定该种原子的种类，所以，可以利用俄数电子能谱作元素的成分 分析。不过，俄电子的能量很低 为几百eV, 其平均自由程非常短 人们能够检 到的只是表面两三个原子层发出的俄歇电子，因此，俄歇谱仪是研究物质表面微区成分的有 力工具 光电效应小结 光电子 陂X射线击出壳层的电子即光电子，它带有壳层的特征能量，所以可用来进行成分分 所(XPS)
X 射线长的 X 射线，且波长随散射方向不同而改变。这种散射现象称为康普顿散射或康普 顿一吴有训散射,也称之为不相干散射，是因散射线分布于各个方向，波长各不相等，不能 产生干涉现象。入射 X 射线遇到约束松的电子时，将电子撞至一方，成为反冲电子。入射 线的能量对电子作功而消耗一部份后，剩余部份以 X 射线向外辐射。散射 X 射线的波长（λ ‘）比入射 x 射线的波长（λ）长，其差值与角度α之间存在如下关系： 不相干散射在衍射图相上成为连续的背底，其强度随（sinθ/λ）的增加而增大，在底片中 心处（λ射线与底片相交处）强度最小，α越大，强度越大。 小结 相干散射 因为是相干波所以可以干涉加强. 只有相干散射才能产生衍射,所以相干散射是 X 射线衍射基础 不相干散射 因为不相干散射不能干涉加强产生衍射,所以不相干散射只是衍射的背底 物质对 X 射线的吸收 物质对 X 射线的吸收，是指 X 射线通过物质时光子的能量变成了其他形式时能量。有时将 X 射线通过物质时造成的能量损失称为真吸收。X 射线通过物质时产生的光电效应和俄歇效 应，使入射 X 射线的能量变成光电子、俄歇电子和荧光 X 射线的能量，使 X 射线强度被衰 减，是物质对 X 射线的真吸收过程。 光电效应 -光电子和荧光 X 射线 光电效应 1 激发 K 系光电效应时，入射光子的能量必须等于或大于将 K 电子从 K 层移至无穷远时所作 的功 WK，即 将激发限波长λK 和激发电压 VK 联系起 ，即 式中 VK 以 V 为单位。（1－4）式和（1－11）式形式上非常相似，但物理意义完全不同。 前者说明连续谱的短波限λ0 随管电压的增高而减小，而后者说明每种物质的 K 激发限波长 都有它自己特定的值。 从 X 射线激发光电效应的角度，称λK 为激发限；然而，从 X 射线被物质吸收的角度，则 称λK 为吸收限。 光电效应 2- 俄歇效应 对俄歇效应示意图片进行解释： 两个过程 俄歇（Auger，M.P.）在 1925 年发现，原子中 K 层的一个电子被打出后，它就处于 K 激发状态，其能量为 EK。如果一个 L 层电子来填充这个空位，K 电离就变成 L 电离，其能 量由 EK 变成 EL，此时将释放 EK-EL 的能量。释放出的能量，可能产生荧光 X 射线，也可 能给予 L 层的电子，使其脱离原子产生二次电离。即 K 层的一个空位被 L 层的两个空位所 代替，这种现象称俄歇效应. 从 L 层跳出原子的电子称 KLL 俄歇电子。每种原子的俄歇电子均具有一定的能量，测 定俄歇电子的能量，即可确定该种原子的种类，所以，可以利用俄歇电子能谱作元素的成分 分析。不过，俄歇电子的能量很低，一般为几百 eV，其平均自由程非常短，人们能够检测 到的只是表面两三个原子层发出的俄歇电子，因此，俄歇谱仪是研究物质表面微区成分的有 力工具。 光电效应小结 光电子 被 X 射线击出壳层的电子即光电子,它带有壳层的特征能量,所以可用来进行成分分 析(XPS) 0.0243(1 cos) ' = − = − k k k hc h = = 3 10 12.4 = = = = k k k k k k eV V hc hc eV
俄歇电子高能级的电子回跳，多余能量将同能级的另一个电子送出去，这个被送出去的电子就 是俄歇电子带有壳层的特征能量(AES) 次荧光 能级的电子回跳，多余能量以X射线形式发出这个二次X射线就是二次荧光也称 荧光辐射同样带有壳层的特征能量 牧射 散射无能力损失或损失相对较小，相干散射是X射线衍射基础，只有相干散射才能 产生衍射，散射是进行材料晶体结构分析的工具 吸收 吸收是能量的大幅度转换多数在原子壳层上进行从而带有壳层的特征能量因此 揭示材料成分的因素，吸收是进行材料成分分析的工具，可以在分析成分的同时告 诉你元素价态 X射线的衰减规律 束强度为0的X射线束，通过厚度为日的物体后，强度被衰减为川。 为了得到强度的衰减规律，现取离表面为×的一薄层权进行分析。设X射线束穿过厚度为 X的物体后，强度波衷减为，而穿过厚度为x十dk的物质后的强度为ld山，则通过d山厚的 层引起的强度衰减为 实验证明，X射线透过物质时引起的强度衰减与所通过的距离成正比 (1-d)-1=-d=ud. 对(1-12)式积分求出强度为10的X射线从物体表面（即x=0)》 射过质后的 穿透厚度H后的强度H: H=I0exp(-μH田式中HI0称穿透系数，而μ为线衰减系数， (1-13)式是X射线透视学的基本公式。线衰减系数u=一1n(IHI0)H表示单位体积物 质对X射线的衰减程度，它与物质的密度·成正比，即与物质的存在状态有关。现将(113) 式改写成： IH=I0e-(μ/p)pH=l0e-μmpH ·式中μm=μ/p称质量衷减系数，其单位为cm2/g ·工作中有时需要计算个元素组成的化合物、混合物、合金和溶液等的质量衰减系 数m。由于μm与物质的存在状态无关，因此衰减系数可按下式求得 ·μm=o1μml+w2μm2+.oiμmi X射线的吸收曲线 X射线酒讨物质时的衰减，是吸收和数射浩成的 如果用m仍表示散 吸收系数。 在大多数情况下吸收系数比散射系数大 得多 故μm≈Tm 质量吸收系数与波长的三次方和元素的原子序数的三次方近似地成日 例，因此 m≈KRZ3 x射线的衰减： 从荧光X射线的产生机理，可以解释图1一11中的吸收突变。当入射波长非常短时， 它能够打出K电子，形成K吸收。但因其波长太短，K电子不易吸收这样的光子能量，因 此衰减系数小 随着波长的逐渐增加，K电子也越来越容易吸收这样的光子能量，因此衰减系数也逐渐
俄歇电子 高能级的电子回跳,多余能量将同能级的另一个电子送出去,这个被送出去的电子就 是俄歇电子带有壳层的特征能量(AES) 二次荧光 高能级的电子回跳,多余能量以 X 射线形式发出.这个二次 X 射线就是二次荧光也称 荧光辐射同样带有壳层的特征能量 散射 散射无能力损失或损失相对较小，相干散射是 X 射线衍射基础,只有相干散射才能 产生衍射，散射是进行材料晶体结构分析的工具 吸收 吸收是能量的大幅度转换,多数在原子壳层上进行,从而带有壳层的特征能量,因此是 揭示材料成分的因素，吸收是进行材料成分分析的工具，可以在分析成分的同时告 诉你元素价态 X 射线的衰减规律 一束强度为 I0 的 X 射线束，通过厚度为 H 的物体后，强度被衰减为 IH。 为了得到强度的衰减规律，现取离表面为 x 的一薄层 dx 进行分析。设 X 射线束穿过厚度为 X 的物体后，强度波衷减为，而穿过厚度为 x＋dx 的物质后的强度为 I-dI，则通过 dx 厚的 一层引起的强度衰减为 dI。 实验证明，X 射线透过物质时引起的强度衰减与所通过的距离成正比 对（1-12）式积分求出强度为 I0 的 X 射线从物体表面（即 x＝0） 穿透厚度 H 后的强度 IH: IH＝I0exp(-μH) 式中 IH/I0 称穿透系数，而μ为线衰减系数。 （1-13）式是 X 射线透视学的基本公式。线衰减系数μ＝－1n（IH/I0）/H 表示单位体积物 质对 X 射线的衰减程度，它与物质的密度ρ成正比，即与物质的存在状态有关。现将（1-13） 式改写成： IH＝I0e-(μ/ρ) ρH＝I0e-μmρH • 式中μm＝μ/ρ称质量衷减系数， 其单位为 cm2 ／g。 • 工作中有时需要计算 i 个元素组成的化合物、混合物、合金和溶液等的质量衰减系 数μm。由于μm 与物质的存在状态无关，因此衰减系数可按下式求得： • μm=ω1μm1+ω2μm2+.ωiμmi X 射线的吸收曲线 X 射线通过物质时的衰减，是吸收和散射造成的。 如果用σm 仍表示散射系数，τm 表示吸收系数。在大多数情况下吸收系数比散射系数大 得多，故μm≈τm。质量吸收系数与波长的三次方和元素的原子序数的三次方近似地成比 例，因此 x 射线的衰减： 从荧光 X 射线的产生机理，可以解释图 1－11 中的吸收突变。当入射波长非常短时， 它能够打出 K 电子，形成 K 吸收。但因其波长太短，K 电子不易吸收这样的光子能量，因 此衰减系数小。 随着波长的逐渐增加，K 电子也越来越容易吸收这样的光子能量，因此衰减系数也逐渐 ( ) x I I d I d I I d I = − = − − 3 3 m K Z
增大，直到K吸收限波长为止。 如果入射X射线的波长比入K稍大一点，此时入射光子的能量己无法打出K电子，不产 生K吸收 ,而对L层电子来说， 入射光 的能量又过大，也不易被吸收，因此，入射X射 线的波长比入K稍大一点时，衰诚系数有最小值。同理，可以解释K吸收限至L吸收限之 间曲线的变化规律。 X射线的衰减小结 宏观表现 强度衰减与穿过物质的质量和厚度有关，是X射线透射学的基础，这就是 质厚衬度 微观机制散射和吸收消耗了入射线的能量，这与吸波原理是一样的 吸收限的应用一X射线滤波片的选择 在一些衍射分析工作中，我们只希望是kā辐射的衍射线条，但X射线管中发出的X射线 除ka辐射外 还含有KB辐射和连续谱 它们会使衍射花样复 获得单色光的方法 是在X射线出射的路径上放置一定厚度的滤波片，可以简便地将K B和连续谱衰减到可以忽略的程度。 滤波片的选择规则 1:Z靶40时，Z滤=Z靶-2 波片 常用靶材及其匹配的滤波片的数据列入表1-1。按表中厚度制作的波滤片，滤波后KB Ka的强度比为1600。如果滤波片太厚，虽然KB可以进一步衰减，但ka也相应衰减。 实我表明，当Ka强度被衰减到原来的一半时，KB瓜ā的强度比将由原来的1/5降为滤波 后的1/500左右，这对大多数衍射分析工作己经满意。在滤波片材料选定之后，可按需要的 衰减比用公式(1-14)计算滤波片的厚度。 吸收限的应用一阳极粑材料的选择 在X射线衍射品体结构分析工作中，我们不希望入射的X射线激发出样品的大量荧光 辐射。大量的荧光辐射会增加衍射花样的背底，使图象不清晰。避免出现大量荧光辐射的原 则就是洗择入射X射线的波长，使其不被样品强列吸收，也就是洗择阳极严材料，让塑材 产生的特征X射线波长偏离样品的吸收限 根据样品成分选择靶材的原则是： Z靶≤Z样-1：或Z靶>Z样 对于多元素的样品，原则上是以含量较多的几种元素中最轻的元素为基准来选择靶材。 总结本章主要讲述三个问题 ·1.X射线的性质，本质和X射线的产生 ·2.X射线谱-连续谱，特征谱 ·3.X射线与物质的相互作用 ·关于X射线的性质本质和X射线的产生 ·1.了解X射线有哪些性质！ 2.X射线的本质是电磁波，具有波粒二相性
增大，直到 K 吸收限波长为止。 如果入射 X 射线的波长比λK 稍大一点，此时入射光子的能量已无法打出 K 电子，不产 生 K 吸收。而对 L 层电子来说，入射光子的能量又过大，也不易被吸收，因此，入射 X 射 线的波长比λK 稍大一点时，衰减系数有最小值。同理，可以解释 K 吸收限至 L 吸收限之 间曲线的变化规律。 X 射线的衰减小结 宏观表现 强度衰减与穿过物质的质量和厚度有关，是 X 射线透射学的基础，这就是 质厚衬度 微观机制 散射和吸收消耗了入射线的能量，这与吸波原理是一样的 吸收限的应用 -X 射线滤波片的选择 在一些衍射分析工作中，我们只希望是 kα辐射的衍射线条，但 X 射线管中发出的 X 射线， 除 kα辐射外，还含有 Kβ辐射和连续谱，它们会使衍射花样复杂化。 获得单色光的方法之一是在 X 射线出射的路径上放置一定厚度的滤波片，可以简便地将 K β和连续谱衰减到可以忽略的程度。 滤波片的选择规则 1： Z 靶＜40 时，Z 滤＝Z 靶-1； 2： Z 靶＞40 时，Z 滤＝Z 靶-2 滤波片 常用靶材及其匹配的滤波片的数据列入表 1-1。按表中厚度制作的波滤片，滤波后 Kβ /Kα的强度比为 1/600。如果滤波片太厚，虽然 Kβ可以进一步衰减，但 kα也相应衰减。 实践表明，当 Kα强度被衰减到原来的一半时，Kβ/Kα的强度比将由原来的 1/5 降为滤波 后的 1/500 左右，这对大多数衍射分析工作已经满意。在滤波片材料选定之后，可按需要的 衰减比用公式（1-14）计算滤波片的厚度。 吸收限的应用 -阳极靶材料的选择 在 X 射线衍射晶体结构分析工作中，我们不希望入射的 X 射线激发出样品的大量荧光 辐射。大量的荧光辐射会增加衍射花样的背底，使图象不清晰。避免出现大量荧光辐射的原 则就是选择入射 X 射线的波长，使其不被样品强烈吸收，也就是选择阳极靶材料，让靶材 产生的特征 X 射线波长偏离样品的吸收限。 根据样品成分选择靶材的原则是： Z 靶≤Z 样-1；或 Z 靶>>Z 样 对于多元素的样品，原则上是以含量较多的几种元素中最轻的元素为基准来选择靶材。 总结 本章主要讲述三个问题 • 1.X 射线的性质,本质和 X 射线的产生 • 2.X 射线谱-连续谱,特征谱 • 3.X 射线与物质的相互作用 • 关于 X 射线的性质,本质和 X 射线的产生 • 1.了解 X 射线有哪些性质! • 2.X 射线的本质是电磁波,具有波粒二相性
·3.X射线的产生定义：高速运动的粒子遇阻，突然停止其能量可以X射线形式释放 ·4.X射线管结构与工作原理 ·关于X射线谱-连续谧特征谱 ·1连续谱产生机理的二种解释（经典，量子），什么是短波限？ ·2.特征谱产生机制？特征谱的命名方法，什么是临界电压？什么是激发电压？什么是激 发限？ ·关于X射线与物质的相互作用 ·1宏观效应.X射线强度衰减 ·2.微观机制-X射线被散射，吸收 ()散射一相干散射，康谱顿散射 (2)吸收产生光电子，二次荧光，俄歇电子 (3)什么是吸收限？如何选择滤波片，靶 第二章X射线衍射 一、两个问题： 1 1895年伦琴发现X射线后，认为是一种波，但无法证明 当时品体学家对品体构造（周期性）也没有得到证明。 1912年劳厄将X射线用于CSO4晶体衍射同时证明了这两个问题，从此诞生了X射线晶体 行射学。 人们对可见光的衍射现象有了确切的了解：光插常数(+b)只要与点光源的光波波长为 同一数量级，就可产生衍射，衍射花样取决于光栅形状。 2晶体学家和矿物学家对晶体的认识：晶体是由原子或分子为单位的共振体（偶极子）呈周 期样列的空间点阵，各共振体的间距大约是10-810-7cm,M.A.Bravais已计算出14种点阵 类型。 二、晶体学知识 1、品体的性质： 均匀性：晶体内部各个部分的宏观性质是相同的， 各向异性： 晶体种 不同的方向上具有不同的物理性质。 固定熔点：品体具有周期性结构，熔化时，各部分需要同样的温度。 规则外形：理想环境中生长的晶体应为凸多边形。 对称性：晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性
• 3.X 射线的产生定义:高速运动的粒子遇阻，突然停止,其能量可以 X 射线形式释放. • 4.X 射线管结构与工作原理 • 关于 X 射线谱-连续谱,特征谱 • 1.连续谱产生机理的二种解释(经典,量子),什么是短波限? • 2.特征谱产生机制?特征谱的命名方法, 什么是临界电压?什么是激发电压?什么是激 发限? • 关于 X 射线与物质的相互作用 • 1.宏观效应-X 射线强度衰减 • 2.微观机制-X 射线被散射,吸收 • (1)散射-相干散射,康谱顿散射 • (2)吸收-产生光电子,二次荧光,俄歇电子 • (3)什么是吸收限?如何选择滤波片,靶? 第二章 X 射线衍射 一、两个问题： 1. 1895 年伦琴发现 X 射线后，认为是一种波，但无法证明。 2. 当时晶体学家对晶体构造（周期性）也没有得到证明。 1912 年劳厄将 X 射线用于 CuSO4 晶体衍射同时证明了这两个问题,从此诞生了 X 射线晶体 衍射学。 人们对可见光的衍射现象有了确切的了解：光栅常数(a+b)只要与点光源的光波波长为 同一数量级，就可产生衍射，衍射花样取决于光栅形状。 2.晶体学家和矿物学家对晶体的认识：晶体是由原子或分子为单位的共振体（偶极子）呈周 期排列的空间点阵，各共振体的间距大约是 10-8-10-7cm，M.A.Bravais 已计算出 14 种点阵 类型。 二、晶体学知识 1、晶体的性质： 均 匀 性： 晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。 各向异性： 晶体种不同的方向上具有不同的物理性质。 固定熔点： 晶体具有周期性结构，熔化时，各部分需要同样的温度。 规则外形： 理想环境中生长的晶体应为凸多边形。 对称性： 晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性