關(guān)注我們 獲取更多精彩內(nèi)容

精選優(yōu)質(zhì)文章分享給大家，希望文章內(nèi)容對您有所幫助，歡迎您繼續(xù)關(guān)注，如能轉(zhuǎn)發(fā)不勝感激，我們愿和大家一起學(xué)習(xí)交流，共同提高。

上一篇知識回顧：《多晶X射線衍射技術(shù)與應(yīng)用》-5

X射線對人體組織能造成傷害。人體受X射線輻射損傷的程度，與受輻射的量（強(qiáng)度和面積）和部位有關(guān)，眼睛和頭部較易受傷害。

衍射分析用的X射線（“軟”X射線）比醫(yī)用X射線（“硬”X射線）的波長長，穿透弱，吸收強(qiáng)，故危害更大。所以，每個(gè)實(shí)驗(yàn)人員都必須牢記：對X射線“要注意防護(hù)！”。人體受超劑量的X射線照射，輕則燒傷，重則造成放射病乃至死亡。因此，一定要避免受到直射X射線束的直接照射；對散射線也需加以防護(hù)。也就是說，在儀器工作時(shí)對其初級X射線（直射線束）和次級X射線（散射X射線）都要警惕。前者是從X射線焦點(diǎn)發(fā)出的直射X射線，強(qiáng)度高，它通常只存在于X射線分析裝置限定的方向中。散射X射線的強(qiáng)度雖然比直射X射線的強(qiáng)度小幾個(gè)數(shù)量級，但在直射X射線行程附近的空間都會有散射X射線，所以直射X射線束的光路必需用重金屬板完全屏蔽起來，即使小于0.1mm的小縫隙，也會有X射線漏出。

防護(hù)X射線可以用各種鉛的或含鉛的制品（如鉛板、鉛玻璃、鉛橡膠板等）或含重金屬元素的制品，如含高量錫的防輻射有機(jī)玻璃等。

按照X射線防護(hù)的規(guī)定，以下的要求是必須遵守的：

1. 每一個(gè)使用X射線的單位須向衛(wèi)生防疫主管部申請辦理“放射性工作許可證”和“放射性工作人員證”；負(fù)責(zé)人需經(jīng)過資格審查。

2. X射線裝置防護(hù)罩的泄漏必須符合防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的限制：在距機(jī)殼表面外5cm處的任何位置，射線的空氣吸收劑量率須小于2.5μGy/小時(shí)（Gy—戈瑞，吸收劑量單位)。在使用X射線裝置的地方，要有明確的警示標(biāo)記，禁止無關(guān)人員進(jìn)入。

3. X射線操作者要使用防護(hù)用具。

4. X射線操作者要具備射線防護(hù)知識，要定期接受射線職業(yè)健康檢查，特別注意眼、皮膚、指甲和血象的檢查，檢查記錄要建檔保存。

5. X射線操作者可允許的被輻照劑量當(dāng)量定為一年不超過5雷姆或三個(gè)月不超過3雷姆（考慮到全身被輻照的最壞情況而作的估算）。

請參照以下標(biāo)準(zhǔn)：

GB4792-1984《放射衛(wèi)生防護(hù)基本標(biāo)準(zhǔn)》

GB8703-1988《輻射防護(hù)規(guī)定》

GWF01-1988《放射工作人員健康管理規(guī)定》

2.1.1 晶體的基本特征

圖2.1 天然石英晶體（攝于廣州花都石頭記礦物園）

非晶質(zhì)物質(zhì)（如玻璃、膠凍）一般是等向性的，其各種性質(zhì)不因方向而有所不同。

指同一種晶體在適當(dāng)?shù)臈l件下總是可以自發(fā)地形成具有晶面、晶棱等要素的相同幾何特征的多面體的性質(zhì)。這一規(guī)律又稱為晶面和晶棱定律。

晶體規(guī)則的多面體形狀服從一系列的幾何規(guī)律：面角恒等律、對稱性規(guī)律、整數(shù)定律，晶帶定律等。

同種物質(zhì)（成分和微觀結(jié)構(gòu)相同）的所有晶體，其對應(yīng)晶面間的夾角恒等。

晶體的具有異向性，但是在某些特定的方向上可以具有相同的性質(zhì)。在晶體外形上，也常有相同的晶面、晶棱和面夾角重復(fù)出現(xiàn)。這種相同的性質(zhì)、相似的外形在不同的方向或位置上作有規(guī)律的重復(fù)，就是對稱性。

晶體的對稱有別于在自然界中可觀察到的對稱或一般幾何圖形中可能呈現(xiàn)的對稱，晶體的對稱是有限的對稱，在晶體外形以及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不可能有5重的對稱軸和超過6重的對稱軸，這一規(guī)律稱為晶體的對稱性定律。

晶體的對稱性是晶體最重要的特征性質(zhì)，是晶體分類與鑒定的基礎(chǔ)，在2.1節(jié)中將做進(jìn)一步的介紹。

就每一種晶體來說，必可覓得一套稱為晶軸系的坐標(biāo)軸系，從而使晶體在這三個(gè)晶軸上的倒易截?cái)?shù)成簡單的互質(zhì)整數(shù)之比，表作h : k : l 。這一規(guī)律稱為有理指數(shù)定律，或簡稱整數(shù)定律。整數(shù)h、k、l稱為晶面的指數(shù)或晶面指標(biāo)，符號(hkl)稱為晶面的記號。

晶體上每一組與通過晶體中心的一假想直線平行的晶面形成一晶帶，屬于同一晶帶的晶面的交線亦必與此一假想直線平行，此假想直線稱為帶軸。在帶軸上任取一點(diǎn)，此點(diǎn)在三個(gè)晶軸上的坐標(biāo)（以軸單位來度量）亦必為一套簡單的互質(zhì)整數(shù)r、s、t之比，故以這套整數(shù)作為該晶帶的記號，記作[rst]。晶面的交線稱為晶棱，晶帶或帶軸的記號與相應(yīng)的晶棱的記號互相通用。

晶體是一個(gè)封閉的幾何多面體，每個(gè)晶面與其他晶面相交必有兩個(gè)以上的互不平行的晶棱。因此，晶體上的任一晶面至少屬于兩個(gè)晶帶，或者說晶體至少有兩個(gè)晶帶。這一規(guī)律稱為晶帶定律。如果某一晶面(hkl)屬于晶帶[uvw]，則：

在相同的熱力學(xué)條件下，晶體與同種物質(zhì)的非晶態(tài)固體、液體、氣體比較，其內(nèi)能最小，因而結(jié)晶狀態(tài)是一個(gè)相對穩(wěn)定的物質(zhì)狀態(tài)。所謂內(nèi)能，包括其組成的各種化學(xué)質(zhì)點(diǎn)（原子、離子、分子...）的動能和勢能（位能）。在相同的熱力學(xué)條件下可以用來比較同種物質(zhì)不同形態(tài)內(nèi)能的大小只有勢能。勢能取決于質(zhì)點(diǎn)間的距離與排列。晶體是具有點(diǎn)陣構(gòu)造的固體，其內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)是按一定的周期規(guī)律排列的，這種周期的排列是質(zhì)點(diǎn)間的引力與排斥力平衡的結(jié)果?？梢娫诖朔N情況下，無論使質(zhì)點(diǎn)間的距離增大或縮小，都將導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)的相對勢能的改變。非晶態(tài)固體、液體、氣體由于它們內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的排列是不規(guī)律的，質(zhì)點(diǎn)間的距離不可能是平衡距離，從而它們的勢能也較晶體為大。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)物質(zhì)由氣態(tài)、液態(tài)或非晶體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為結(jié)晶狀態(tài)時(shí)，都有熱能的析出；相反，晶格的破壞也必然伴隨著吸熱效應(yīng)。

這一性質(zhì)也可以由晶體結(jié)構(gòu)有最小內(nèi)能得到說明。

實(shí)際上，肉眼能夠看見（包括用簡單放大工具可以看見）其外形具有晶體特征的物質(zhì)只占固態(tài)物質(zhì)很少的一部分，大多數(shù)固態(tài)物質(zhì)從其宏觀外形不能直觀地看到是否具備這些性質(zhì)特征。但是，按照晶體的現(xiàn)代定義——其微觀結(jié)構(gòu)基元（包括原子離子、原子團(tuán)、分子等等）在三維空間的排布是周期性的有序排列（或稱長程周期性有序），絕大多數(shù)的固態(tài)物質(zhì)都是晶體。只是按其分散程度，有單晶（大塊晶體）、多晶（細(xì)碎晶體的集合、晶體粉末）、微晶、納米晶之分；按其微觀結(jié)構(gòu)基元排列周期性的完善程度，有理想晶體、不完整晶體、缺陷結(jié)構(gòu)的晶體、微晶態(tài)物質(zhì)之分。與晶體（結(jié)晶態(tài)）相對，非晶體（非晶態(tài)物質(zhì)或所謂無定形物質(zhì)）則是其結(jié)構(gòu)基元的排列不具周期性，不規(guī)則，是僅有近程（僅限于基元內(nèi)）有序而遠(yuǎn)程無序的固態(tài)物質(zhì)，如玻璃、瑪瑙、琥珀、樹脂等，不是固態(tài)物質(zhì)的普遍形態(tài)。此外，某些固態(tài)物質(zhì)在特定的條件下，還可能以具有長程位置序和取向序，但不具備平移周期性的非點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)形式的形態(tài)存在，稱為準(zhǔn)晶態(tài)（2.3節(jié)），是比較罕見的形態(tài)。

2.1.2   點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)

根據(jù)晶體宏觀性質(zhì)的特點(diǎn)，人們很早（18世紀(jì)末）就推想：一切晶體不論其外形如何，構(gòu)成它的微觀結(jié)構(gòu)基元（原子、離子、原子團(tuán)、分子或它們的固定有限的集合）都是作規(guī)則周期重復(fù)排列的，從而具有所謂點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（或稱格子構(gòu)造）。這樣的假設(shè)能夠成功地解釋整數(shù)定律，能夠把晶體外形的諸規(guī)律——面角守恒定律、對稱定律、整數(shù)定律、晶帶定律等統(tǒng)一起來。1912年勞埃（M. Von Laue）以晶體為光柵，發(fā)現(xiàn)了晶體的X射線衍射現(xiàn)象，直接證實(shí)了晶體微觀結(jié)構(gòu)的特征是點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，奠定了現(xiàn)代晶體結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)。下面概括地介紹一些關(guān)于點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的基本概念。

2.1.2.1 晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣

晶體是由很多微觀結(jié)構(gòu)基元在空間作周期性的規(guī)則的排布結(jié)合而成的。對晶體更準(zhǔn)確的描述是：晶體是具有點(diǎn)陣式的周期性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。

“點(diǎn)陣點(diǎn)”和“結(jié)構(gòu)基元”是兩個(gè)不同的概念。前者是一個(gè)幾何點(diǎn)，只用來表示一個(gè)位置；而后者是一實(shí)體，在晶體結(jié)構(gòu)中是一個(gè)化學(xué)單元，或稱結(jié)構(gòu)基元，可以是原子、離子、原子團(tuán)、分子或它們的固定有限的集合，其內(nèi)容可以用化學(xué)式來表達(dá)。

結(jié)構(gòu)基元是指周期地重復(fù)排列的結(jié)構(gòu)中能夠通過平移而使整個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)原的最小的重復(fù)單位，結(jié)構(gòu)基元要同時(shí)滿足4個(gè)條件：化學(xué)組成相同、空間結(jié)構(gòu)相同、排列取向相同且周圍環(huán)境相同。晶體的結(jié)構(gòu)基元不同于化學(xué)組成的基本單位。例如：聚乙烯化學(xué)組成的基本單位是—CH₂—，而結(jié)構(gòu)基元是—CH₂—CH₂—；金屬銅中一個(gè)銅原子形成一個(gè)重復(fù)單元；單質(zhì)硒的化學(xué)組成的基本單位是Se原子，而其晶體中螺旋形排列的硒鏈的基本結(jié)構(gòu)基元為三個(gè)硒原子。

點(diǎn)陣是“周期排列”的幾何抽象，在此用一個(gè)幾何點(diǎn)來表示晶體中一個(gè)結(jié)構(gòu)基元的位置，而忽略其具體內(nèi)容（組成、質(zhì)量、大小、形狀、取向等）；用無限的點(diǎn)陣來表達(dá)一個(gè)有限的晶體結(jié)構(gòu)的周期性，能夠更清晰地描述晶體結(jié)構(gòu)的特征，更便于研究晶體結(jié)構(gòu)共有的幾何特點(diǎn)、規(guī)律與可能的結(jié)構(gòu)型式。

按照晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)基元與點(diǎn)陣的關(guān)系，可以用下式將晶體結(jié)構(gòu)表示為：

晶體結(jié)構(gòu) = 點(diǎn)陣的局部 + 結(jié)構(gòu)基元

一切實(shí)際晶體的結(jié)構(gòu)都是近似的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，因?yàn)橐活w實(shí)際晶體有一定的大小、結(jié)構(gòu)中存在一定的缺陷（結(jié)構(gòu)缺陷的類型與產(chǎn)生機(jī)制多種多樣）、晶體中的原子都處在熱運(yùn)動中。點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)只是忽略了實(shí)際晶體的種種不完善性的而抽象出來的理想模型，這種抽象是研究晶體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的一種很好的近似方法。

2.1.2.2  晶格與晶胞

點(diǎn)陣點(diǎn)如果按同一的間隔排列在同一直線上的點(diǎn)陣，稱作直線點(diǎn)陣；各按一種間隔排布在同一平面上的兩個(gè)不同方向的點(diǎn)陣叫平面點(diǎn)陣；各按一種間隔排布在三維空間中三個(gè)不同的方向上的點(diǎn)陣稱為空間點(diǎn)陣。圖2.2分別示出了這三種點(diǎn)陣。在任一種點(diǎn)陣中以連接其中兩個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)的向量進(jìn)行平移，點(diǎn)陣必定可以復(fù)原。

圖2.2  點(diǎn)陣與晶格

在直線點(diǎn)陣中連接其中相鄰的兩個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)的向量a稱為該直線點(diǎn)陣的單位向量，而該向量的長度| a | = a稱為該直線點(diǎn)陣的點(diǎn)陣參數(shù)?？梢姡本€點(diǎn)陣就是等間距分布在一條直線上的無限個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)列。若任選一陣點(diǎn)作為原點(diǎn)，則全部陣點(diǎn)將落在下式所表示的全部向量的端點(diǎn)上：T = ua ，式中u為整數(shù)。

平面點(diǎn)陣必可以沿不同的方向分解為不同的一組平行而等間距的直線點(diǎn)陣，并可任選兩個(gè)不相平行的單位向量a和b劃分成并置的平行四邊形單位，而點(diǎn)陣中各點(diǎn)都處在各平行四邊形的頂點(diǎn)處。向量a和b的長度| a | = a、| b | = b及其夾角γ稱為該平面點(diǎn)陣的點(diǎn)陣參數(shù)或面網(wǎng)參數(shù)。

平面點(diǎn)陣按照選定的平行四邊形單位劃分后稱為面網(wǎng)或晶面，每個(gè)陣點(diǎn)稱作面網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)。面網(wǎng)上任選一陣點(diǎn)作為原點(diǎn)，則全部陣點(diǎn)必落在下式所表示的全部向量的端點(diǎn)上：

空間點(diǎn)陣必可以沿不同的方向劃分為不同的一族平行而等間距的直線點(diǎn)陣或平面點(diǎn)陣，并可任選三個(gè)不相平行的單位向量a、b、c劃分成并置的平行六面體單位，而點(diǎn)陣中各點(diǎn)都處在各平行六面體單位的頂點(diǎn)處，相應(yīng)的平行六面體單位叫做晶胞。

空間點(diǎn)陣按照選定的平行六面體單位劃分后稱為晶格或格子，每個(gè)陣點(diǎn)稱作晶格的結(jié)點(diǎn)?！翱臻g點(diǎn)陣”與“晶格”，具有同樣的含義，都是用來表達(dá)晶體結(jié)構(gòu)的周期性的幾何抽象，只不過用按照某種規(guī)則加了陣點(diǎn)連線的晶格來表示一種晶體結(jié)構(gòu)的特征將更加形象罷了。在晶格上任選一陣點(diǎn)作為原點(diǎn)，則全部陣點(diǎn)將落在下式所表示的全部向量的端點(diǎn)上：

向量a、b、c的長度a、b、c及其夾角γ、β、α稱為該空間點(diǎn)陣的點(diǎn)陣參數(shù)或晶胞參數(shù)。

一整塊固體中若基本上為一個(gè)晶格所貫穿，稱為單晶。由許多小的單晶聚集而成的固體則稱為多晶。微小的晶粒集結(jié)成大塊的固體時(shí)彼此的取向可能是完全無規(guī)則的或有某種取向趨勢，前一種情況將使這塊固體表現(xiàn)出各向同性，而后一種情況的固體稱為有織構(gòu)的，能表現(xiàn)出一定程度的各向異性。常見的金屬材料及各種粉末都是多晶。有的固體，例如炭黑、多數(shù)納米顆粒，結(jié)構(gòu)的周期性范圍很小，只有幾十個(gè)周期，稱為微晶或納米晶，它們是介于晶體與非晶質(zhì)物質(zhì)之間的物質(zhì)。在棉花、絲、毛發(fā)及各種人造纖維等物質(zhì)中，一般具有一維周期性的特征，并沿纖維軸向取向，這類物質(zhì)稱為纖維多晶物質(zhì)。諸多高分子固態(tài)材料中交錯(cuò)地存在微小的晶化區(qū)域和非晶態(tài)區(qū)域被稱之為具有結(jié)晶度的物質(zhì)?？傊?，結(jié)晶態(tài)是大多數(shù)的固體物質(zhì)存在的形態(tài)。

圖2.3　復(fù)單位和素單位

(a) 面心立方復(fù)單位和菱面體素單位

(b) 體心立方復(fù)單位和菱面體素單位

2.1.2.3  空間點(diǎn)陣中的點(diǎn)陣點(diǎn)、直線點(diǎn)陣和平面點(diǎn)陣的指標(biāo)

空間點(diǎn)陣選擇某一點(diǎn)陣點(diǎn)及單位向量a、b、c后，即可按照確定的平行六面體單位進(jìn)行劃分，并可得到用來標(biāo)記每個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)、每組直線點(diǎn)陣和平面點(diǎn)陣的指標(biāo)（或稱為符號）：

1. 點(diǎn)陣點(diǎn)的指標(biāo)作從原點(diǎn)到該點(diǎn)陣點(diǎn)的向量r，并將r用單位向量a、b、c來表示：

圖2.4  點(diǎn)陣點(diǎn)231在點(diǎn)陣中的位置

1．直線點(diǎn)陣指標(biāo)或晶棱指標(biāo)[uvw]

晶體點(diǎn)陣的一組直線點(diǎn)陣用帶方括號的記號[uvw]表示，其中u、v、w為三個(gè)互質(zhì)的整數(shù)，直線點(diǎn)陣[uvw]的取向與向量ua + vb + wc平行。

晶體外形上的晶棱的指標(biāo)與和它平行的直線點(diǎn)陣的相同。

2．平面點(diǎn)陣指標(biāo)或晶面指標(biāo)(hkl)

在空間點(diǎn)陣中通過任意三個(gè)不共線的點(diǎn)陣點(diǎn)即可畫出一個(gè)點(diǎn)陣平面，與之平行并通過全部點(diǎn)陣點(diǎn)可以劃分出一族平行而等間距的平面點(diǎn)陣。一個(gè)空間點(diǎn)陣內(nèi)可以劃分出無數(shù)取向不同的平面點(diǎn)陣族。不同取向的平面點(diǎn)陣族可以根據(jù)它與晶軸間的取向關(guān)系確定一個(gè)指標(biāo)來標(biāo)記（或稱符號），方法如下：

圖2.5  平面點(diǎn)陣（553）的取向

晶面符號不是指一層面網(wǎng)的符號，而是指一組間距為d的平行面網(wǎng)的符號。

晶體外形上的每一個(gè)晶面都和其微觀結(jié)構(gòu)中相應(yīng)的一族平面點(diǎn)陣平行。晶面指標(biāo)h、k、l的數(shù)值越小，相應(yīng)的一族平面點(diǎn)陣中面間的距離越大，面上點(diǎn)陣點(diǎn)的密度也越大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，點(diǎn)陣點(diǎn)密度越大的面在實(shí)際晶體外形在出現(xiàn)的機(jī)會也越大，實(shí)際晶體外形出現(xiàn)的晶面，其指標(biāo)都是簡單的整數(shù)。

從上面的敘述可以看到，從點(diǎn)陣出發(fā)，順理成章地便得到了晶體有理指數(shù)定律，同樣也可以證明晶帶定律、晶帶方程……，晶體外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的對稱性也源于其具有點(diǎn)陣式的結(jié)構(gòu)，這將在下一節(jié)詳述。

未完待續(xù)......

免責(zé)聲明：資料來源網(wǎng)絡(luò)，以傳播知識、有益學(xué)習(xí)和研究為宗旨，所提供內(nèi)容僅供讀者參考交流，科學(xué)研究使用，其他用途不得轉(zhuǎn)載或下載。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時(shí)刪除。