【正文】 第二章 多晶 X射線衍射法 催化劑性能評價與表征 物質(zhì)性能 當今材料科學的基礎研究和應用研究中 化學組成 結(jié)構(gòu)型式 ?功能意識 ↑ ?對結(jié)構(gòu)與性能聯(lián)系規(guī)律認識 ↑ 以性能為導向?qū)ふ液驮O計最適宜結(jié)構(gòu)的材料 結(jié)構(gòu)分析測試方法有著重要意義和不可限量的前景 相關原子在空間結(jié)合成分子或物質(zhì)的方式 ? X射線衍射 – 單晶衍射 – 多晶衍射 ? 固體材料大都是多晶物質(zhì) –如催化材料、納米材料、有機 無機雜化材料等 ? 樣品易得以及樣品與實際體系相接近 ? 作為一項研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的技術，在學科研究和工程技術中的應用日趨廣泛和富有成效 晶體幾何學基本知識 X射線的產(chǎn)生 X射線衍射的基本原理 X衍射粉末衍射技術 物相分析 定量相分析 晶胞參數(shù)測定 線寬法測平均晶粒大小 原位高溫 XRD 第二章 多晶 X射線衍射法 X射線衍射技術應用于固體材料的 目的 晶體幾何學基本知識 研究晶體空間結(jié)構(gòu)的特征 揭示其構(gòu)成特點與性能的關系 晶體幾何學的基本知識 晶體 點陣、格子、結(jié)構(gòu)基元 空間點陣與晶體 晶胞中的微粒、晶棱和晶面指標 晶系 晶體幾何學基本知識 晶體 ? 晶體：由原子（離子或分子）在三維空間中按照一定規(guī)則以周期性排列而構(gòu)成的固體物質(zhì) ? 無定形物質(zhì)：原子的無序排列構(gòu)成 ? 微晶：晶體到無定形物質(zhì)之間的過渡區(qū)域 晶體和無定形物質(zhì)之間沒有截然分開的界線，從晶態(tài)到無定形是原子周期排列重復次數(shù)由多到少的量變到質(zhì)變的過程 ? 基本性質(zhì) – 確定的熔點 – 規(guī)則的多邊形外形 – 均勻性 – 各向異性 – 對稱性 – 對 X射線的衍射 在不同方向上具有不同的導熱、導電、光學等物理性質(zhì) 晶體的理想外形和晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特定的對稱性 ?晶體結(jié)構(gòu)的周期大小和 X射線的波長相當，可作為三維光柵，使 X射線產(chǎn)生衍射 ?非晶物質(zhì)沒有周期性結(jié)構(gòu)，不能產(chǎn)生效應 上述晶體的特點是由晶體內(nèi)部原子或分子排列的周期性所決定的，是各種晶體所共有 ?一塊晶體內(nèi)部各個部分的宏觀性質(zhì)是相同的，例如有著相同的密度、相同的化學組成等 ?晶體的均勻性來源于晶體中原子排布的周期很小，宏觀觀察分辨不出微觀的不連續(xù)性 ?氣體、液體和玻璃體也有均勻性，是由于原子雜亂無章地分布，來源于原子無序分布的統(tǒng)計性規(guī)律 ?晶體在生長過程中自發(fā)形成晶面，晶面相交成為晶棱，晶棱會聚成頂點，從而出現(xiàn)具有多面體外形的特點，其決定于晶體的周期性結(jié)構(gòu) ?晶體在理想環(huán)境中生長應長成凸多面體 ?F (晶面數(shù) )+V (頂點數(shù) )＝ E (晶棱數(shù) )十 2 第一章 催化劑性能評價 ? 概述 ? 催化劑的活性 ? 催化劑的選擇性 ? 催化劑的失活、再生與壽命 ? 催化劑活性測試方法 晶體幾何學基本知識 X射線的產(chǎn)生 X射線衍射的基本原理 X衍射粉末衍射技術 物相分析 定量相分析 晶胞參數(shù)測定 線寬法測平均晶粒大小 原位高溫 XRD 第二章 多晶 X射線衍射法 X射線衍射技術應用于固體 cat的 目的 晶體幾何學基本知識 研究晶體空間結(jié)構(gòu)的特征 揭示其構(gòu)成特點與性能的關系 晶體幾何學的基本知識 晶體 點陣、格子、結(jié)構(gòu)基元 空間點陣與晶體 晶胞中的微粒、晶棱和晶面指標 晶系 晶體幾何學基本知識 、無定形體、微晶 ①確定的熔點 ②規(guī)則的多邊形外形 ③均勻性 ④各向異性 ⑤對稱性 ⑥對 X射線的衍射 晶體 點陣、格子、結(jié)構(gòu)基元 空間點陣與晶體 晶胞中的微粒、晶棱和晶面指標 晶系 晶體幾何學基本知識 （ 1）點 陣 （ 2）格 子 （ 3）結(jié)構(gòu)基元 （ 4）十四種空間點陣型式 （ 5） 布拉維法則 （ 6）點陣參數(shù) 簡便地描述晶體內(nèi)部原子 (離子或分子 )的周期性排列 空間點陣 把原子、離子或分子抽象成一個幾何的點， 將此點沿空間的三個方向 a、 b、 c周期地、無限地排列下去 將表示各類等同質(zhì)點的抽象幾何點稱為點陣點或陣點 I概念 – 是一組無限的點，連接其中任意兩點可得一向量，將各個點按此向量平移能使它復原，凡滿足這條件的一組點稱為點陣 (lattice) – 注意 ? 平移必須是按向量平行移動，沒有絲毫轉(zhuǎn)動 ? 點陣中每個陣點都具有完全相同的周圍環(huán)境 （ 1）點 陣 II點陣分類 ? 直線點陣（一維點陣） ? 平面點陣（二維點陣） ? 空間點陣（三維點陣） ? 直線點陣（一維點陣） ?分布于一維空間內(nèi)的點陣 ?陣點排列為一直線的點陣 ?單位向量為 a? ?分布于二維空間內(nèi)的點陣 ?單位向量為 、 ?平面格子 ?把平面點陣內(nèi)的各陣點用兩組使它們發(fā)生周期性重復的平移矢量聯(lián)接，則整個平面點陣將被劃分成一系列排列的平行四邊形，稱平面格子 ?平面點陣的單元 平面點陣與平面格子 ? 平面點陣（二維點陣） b?a? ?分布于三維空間內(nèi)的點陣 ?單位向量為 、 、 ?空間格子 ?把空間點陣內(nèi)的各陣點用三組使它們發(fā)生周期性重復的平移矢量聯(lián)接，則整個空間點陣被劃分成一系列平行并置的平行六面體，構(gòu)成空間格子 ?空間點陣的單元 ? 空間點陣（三維點陣） b?a?c? III單晶和多晶 ? 單晶 – 為一個空間點陣所貫穿的一整塊固體 ? 多晶 – 整塊固體不僅為一個空間點陣所貫穿 – 由許多小的單晶體按不同的取向聚集而成的固體。 – 金屬材料及較多的粉狀物質(zhì) 素格子（素單位） 復格子（復單位） 每個格子單位的點陣點數(shù)目 ? 每個空間格子單位占有的點陣點數(shù)： 格子 N內(nèi) — 格子內(nèi)的陣點數(shù) N棱 — 棱上的陣點數(shù) N頂點 — 頂點上的陣點數(shù) 82頂 點面內(nèi)NNNN ???陣點數(shù)目 =1 陣點數(shù)目 ≥2 點陣、格子、結(jié)構(gòu)基元 （ 2）格 子 點陣、格子、結(jié)構(gòu)基元 （ 3）結(jié)構(gòu)基元 ? 一個 Cu原子 ? 二個 C原子 ? 三個 Se原子 ? 相鄰的一個 Na+和一個 Cl ? CH2CH2 平面格子 ?一個陣點 ?一個 Cu Cu Cu 的點陣 ? 平面格子 – 一個陣點 – 一個 Na+和一個 Cl NaCl NaCl 的點陣 ? 石墨 石墨 的點陣 平面格子 ? 一個陣點 ? 二個 C 硼酸 ? 平面格子 ? 一個陣點 ? 二個 硼酸 分子 NaCl NaCl點陣及空間格子 每個陣點：一個 Na+和一個 Cl CsCl CsCl點陣及空間格子 每個陣點：一個 Cs+和一個 Cl （ 3）結(jié)構(gòu)基元 ? 結(jié)構(gòu)基元與陣點的關系 – 結(jié)構(gòu)基元是每個陣點所代表的具體內(nèi)容，指重復周期中的具體內(nèi)容 – 陣點是一個抽象的點，是一個結(jié)構(gòu)基元抽象出的一個幾何點 ? 若在晶體點陣中各陣點的位置上按同一種方式安置結(jié)構(gòu)基元，則 –晶體結(jié)構(gòu) ＝ 點陣 十 結(jié)構(gòu)基元 點陣、格子、結(jié)構(gòu)基元 （ 4）十四種空間點陣型式 ? 據(jù)晶體點陣結(jié)構(gòu)的對稱性，將陣點在空間分布按正當單位形狀的規(guī)定和帶心型式進分類，共14種型式 ? 最早 (1866年 )由布拉維推得，又稱布拉維點陣或布拉維點陣型式 ? 所在晶體均可分別用以上 14種空間點陣來描述其原子排布規(guī)則 14種空間點陣形式 練習： 計算面心（ F）立方格子的陣點數(shù)？ ? 由于選擇單位矢量不同，空間點陣中可構(gòu)成多種平行六面體 ? 布拉維法則：用于多種平行六面體中，挑選出一個能代表點陣特征的平行六面體。 ? (i) 平行六面體對稱性和點陣對稱性一致 ? (ii)平行六面體各棱之間直角數(shù)目盡量多 ? (iii)遵守以上兩條后，平行六面體體積盡量小 點陣、格子、結(jié)構(gòu)基元 （ 5） 布拉維 (Brarisa)法則 ? 、 、 、 α、 β 、 γ ? 布拉維法則限制下所劃分的平行六面體的邊長 、 、 及夾角 α、 β 和 γ b?a?c?b?a?c?點陣、格子、結(jié)構(gòu)基元 （ 6）點陣參數(shù) 晶體 點陣、格子、結(jié)構(gòu)基元 空間點陣與晶體 晶胞中的微粒、晶棱和晶面指標 晶系 晶體幾何學基本知識 （ 1）晶胞 （ 2）研究晶體結(jié)構(gòu)的實質(zhì) （ 3）晶面 （ 4）晶棱 （ 5）晶體與點陣的對應關系 晶胞參數(shù)表示 ? 空間格子對應實際晶體的部位，則稱為晶胞。 ? 是晶體的基本重復單位 ? 晶胞參數(shù)：描述晶胞的大小和形狀 ? 晶胞中三個基本向量（晶胞構(gòu)型的邊長、三個方向的重復周期） a、 b、 c ? 三個方向的夾角 α、 β、 γ ?bc＝ α ?ac＝ β ?ab＝ γ ? 晶胞參數(shù) =點陣參數(shù) 空間點陣與晶體 （ 1）晶胞 晶體結(jié)構(gòu) = 點陣 + 結(jié)構(gòu)基元 = 平行六面體（空間格子） + 結(jié)構(gòu)基元 = 點陣參數(shù) ( 、 、 、 α、 β 、 γ)+ 結(jié)構(gòu)基元 = 晶胞 b?a?c?空間點陣與晶體 （ 2）研究晶體結(jié)構(gòu)的實質(zhì) ? 晶胞是晶體的基本重復單位 ? 整個晶體是按晶胞在三維空間周期地重復排列，相互平等取向，按每一頂點為 8個晶胞共有的方式堆砌而成 ? 只要清楚一個晶胞的結(jié)構(gòu)，則清楚整個晶體的結(jié)構(gòu) ? 研究晶體 →研究晶胞 ?空間點陣中的平面點陣所構(gòu)成的平面，在晶體外形上表現(xiàn)為晶面 空間點陣與晶體 （ 3）晶面 ?兩平面點陣的交線是直線點陣，在晶體外形上表現(xiàn)為晶棱 空間點陣與晶體 （ 4）晶棱 空間點陣 （無限） 空間格子 陣點 點陣單元 平面點陣 直線點陣 點陣參數(shù) 晶體 （有限） 具體 抽象 晶格 結(jié)構(gòu) 基元 晶胞 晶面 晶棱 晶胞 參數(shù) 空間點陣與晶體 （ 5）晶體與點陣的對應關系 晶體 點陣、格子、結(jié)構(gòu)基元 空間點陣與晶體 晶胞中的微粒、晶棱和晶面指標 晶系