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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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q(hBqU W 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] b2[U3)|oO 一、基础公式 ;~[}B v 1. 布拉格衍射定律(XRD 核心) s~B)xYmyB' · :(hkl) 晶面间距(nm / Å) WJa7
· :半衍射角(入射线与晶面夹角,仪器读出为 ) _Ye.29 · :衍射级数,常规取一级衍射 fGs\R] · :入射 X 射线波长(定值,如 Cu-Kα₁:) `nEqw/I 2. 立方晶系晶面间距–晶格常数关系 GVn'p
Wg 氟化钙、硅、金刚石、大多数光学晶体均为立方晶系,公式: t:P]bp^# · :晶格常数(立方晶三轴相等,,单位 Å /nm) L2}<2 · :晶面指数( (100)、(111) 就是典型定向晶面) ~!7x45(1# 二、联立公式:晶格常数 ↔ 衍射角 直接换算 3W#E$^G_v 把两式合并,得到立方晶系通用关系式: `ZM$\Q=: 整理为两个常用形式: Z0y~%[1X 形式 1:已知衍射峰 ,求晶格常数 VnB HQ.C 形式 2:已知晶格常数 ,求定向晶面衍射角 Lpkx$QZ 关键:同一晶体,不同定向晶面 (hkl),衍射峰位置 完全不同;晶格常数 变化,所有衍射峰整体偏移。 `Eu,SvkF w 三、以 CaF₂ 氟化钙为例(立方晶关注 100 / 111 面) Pw7uxN` 设: %0}}Qt · 光源:Cu-Kα₁, HUCJA-OZGL · CaF₂ 标准晶格常数: c VO-iPK 分别计算 (100)、(111) 晶面的理论衍射角 5_L,7\5# 1. (100) 晶面 Mk973'K' 2. (111) 晶面 >m<T+{` 同一 CaF₂ 晶体,(111) 定向峰 2θ 大于 (100) 峰;晶面指数不同,衍射峰位置天然分离。 O#O"]A 四、两大核心规律(工程 / XRD 实测必用) B|$o.$5 规律 1:晶面指数 (hkl) 决定「峰位相对顺序」 I2SH
j6- 对同一晶体( 固定): RF'nwzM3 越大 → 越大 → 衍射角 越大 =e PX^J*M' 常见立方晶面排序(峰位从小到大): 8+".r2*_iO 规律 2:晶格常数 变化 → 所有衍射峰整体偏移 \ )>#`X 1. 晶格常数 变大(热膨胀、掺杂、应力拉伸) \QF0(*!! 整体向左偏移 a'Zw^g 2. 晶格常数 变小(受压、冷缩) +s;Vfc$b]H 整体向右偏移 l`:u5\ rM 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。 B3?rR-2mEE 五、定向晶体(单晶晶片)的特殊点(对应你 100 / 111 加工) GJ2ZK=/ 1. 单晶定向片只出现目标晶面衍射峰 P{_%p<:V 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; Yl"CIgt (100) 定向片则以 (100) 系列峰为主。 E.ji;5 2. 定向偏差判定 +c
C.
ZOS 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。 Pi9?l> 3. 加工应力的体现 *o:J 4' 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。 GXQ%lQ 六、快速计算示例(反向:由实测 2θ 求晶格常数) aot2F60J, 实测某 CaF₂ (111) 峰:,Cu-Kα₁ 光源 {[Y7h}7 和标准值 基本一致。 Sj|tR[SAoD 七、总结 5/h-Hr 本质关系:布拉格定律 + 立方晶面间距公式 联立,实现 互算; .oTS7rYw 1. 同晶体不同取向:(hkl) 越大,衍射角 2θ 越大,(111) 峰 > (100) 峰; ^EkxZ4*g 2. 同晶面不同状态:晶格常数 增大 → 衍射峰左移,反之右移; &y | |