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2026-06-23 14:36 |
晶体的晶格常数和定向衍射峰之间的关系
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Im{I23.2 晶体晶格常数与定向衍射峰(XRD 2θ)的关系。核心公式:布拉格定律 + 立方晶系晶面间距公式,结合晶面指数 即可建立晶格常数 与衍射角 的定量关系。[attachment=135266] >6XGF(G
一、基础公式 HYgq@47$[ 1. 布拉格衍射定律(XRD 核心) V@jR8zv|_ · :(hkl) 晶面间距(nm / Å) ;4nz'9+ · :半衍射角(入射线与晶面夹角,仪器读出为 ) YQ>M&lnQ< · :衍射级数,常规取一级衍射 *Yk3y-
· :入射 X 射线波长(定值,如 Cu-Kα₁:) @?_<A%hz 2. 立方晶系晶面间距–晶格常数关系 EEQW$W1@ 氟化钙、硅、金刚石、大多数光学晶体均为立方晶系,公式: V0mWY!i · :晶格常数(立方晶三轴相等,,单位 Å /nm) 8UB-(~ · :晶面指数( (100)、(111) 就是典型定向晶面) (o_w[jv 二、联立公式:晶格常数 ↔ 衍射角 直接换算 'xAfcP[^ 把两式合并,得到立方晶系通用关系式: `B;^:u 整理为两个常用形式: /?l@7 形式 1:已知衍射峰 ,求晶格常数 <J=9,tv< 形式 2:已知晶格常数 ,求定向晶面衍射角 y\Z7]LHCqw 关键:同一晶体,不同定向晶面 (hkl),衍射峰位置 完全不同;晶格常数 变化,所有衍射峰整体偏移。 ~={8b 三、以 CaF₂ 氟化钙为例(立方晶关注 100 / 111 面) X}`|"NIk. 设: e7/ b@ · 光源:Cu-Kα₁, +Io^U · CaF₂ 标准晶格常数: tk4~ 8 分别计算 (100)、(111) 晶面的理论衍射角 I%(`2rD8G 1. (100) 晶面 \H+/D &M 2. (111) 晶面 =LHE_ AA 同一 CaF₂ 晶体,(111) 定向峰 2θ 大于 (100) 峰;晶面指数不同,衍射峰位置天然分离。 ^B2>lx\n 四、两大核心规律(工程 / XRD 实测必用) d?_Bll" 规律 1:晶面指数 (hkl) 决定「峰位相对顺序」 HT/zcd)}# 对同一晶体( 固定): d^X;XVAvP 越大 → 越大 → 衍射角 越大 c@)k#/[[b 常见立方晶面排序(峰位从小到大): &eq>> 规律 2:晶格常数 变化 → 所有衍射峰整体偏移 MWGW[V; 1. 晶格常数 变大(热膨胀、掺杂、应力拉伸) :(,uaX>{ 整体向左偏移 [ajF 2. 晶格常数 变小(受压、冷缩) W[A;VOj0$ 整体向右偏移 A?8f 6 应用:通过实测 与标准谱对比,可计算热膨胀系数、加工引入的晶格应变、残余应力。 WE\912j 五、定向晶体(单晶晶片)的特殊点(对应你 100 / 111 加工) g$eb@0$ 1. 单晶定向片只出现目标晶面衍射峰 [gFpFz|b< 比如严格 (111) 定向 CaF₂ 基片,XRD 图谱上只显示 (111) 系列衍射峰,(100) 峰强度极低或消失; kpi)uGvGUA (100) 定向片则以 (100) 系列峰为主。 g*Nc+W](P> 2. 定向偏差判定 9RwD_`D(MN 若定向晶片测出其他杂峰,说明晶向偏离;峰位偏移量可定量算出偏角大小。 aS?A3h4WM_ 3. 加工应力的体现 R[5*]$(b 研磨 / 抛光 / 切割引入残余应力 → 晶格畸变 → 局部变化 → 衍射峰宽化、位移、不对称。 #(-V^T 六、快速计算示例(反向:由实测 2θ 求晶格常数) zghUwW |K 实测某 CaF₂ (111) 峰:,Cu-Kα₁ 光源 t_c;4iE
和标准值 基本一致。 EY;C5P4 七、总结 N~L3
9 本质关系:布拉格定律 + 立方晶面间距公式 联立,实现 互算; PiXegh WH 1. 同晶体不同取向:(hkl) 越大,衍射角 2θ 越大,(111) 峰 > (100) 峰; =mYY8c Yl 2. 同晶面不同状态:晶格常数 增大 → 衍射峰左移,反之右移; GQ
ZEMy7 3. 单晶定向件:XRD 峰位不仅能算晶格常数,还可检验定向精度、加工应力、晶向偏差。 r>4.{\C
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