布拉格衍射的衍射角随波长变化吗？布拉格散射原理

本文目录

• 布拉格衍射的衍射角随波长变化吗
• 布拉格散射原理
• x射线衍射谱判断有无物质存在
• 请教，布拉格散射和汤姆逊散射的区别
• 布拉格条件的介绍
• 透射电子显微镜的成像方式
• 中子衍射的原理
• 声子晶体的布拉格散射型

布拉格衍射的衍射角随波长变化吗

布拉格方程要表明的是：当光程差为波长的整数倍时，其散射光线将加强。就图中而言，以theta角入射，但如果不满足布拉格方程，其反射方向不是衍射加强的方向。因此对不同波长的光，对应的衍射角是不一样的。

布拉格散射原理

布拉格衍射不仅对方向有选择性，还对波长有选择性。晶格衍射可根据晶格种类和光源单色性分类。按照晶格分类，一种是单晶的布拉格衍射，一种是多晶的布拉格衍射。
布拉格衍射不仅对方向有选择性，还对波长有选择性。晶格衍射可根据晶格种类和光源单色性分类。按照晶格分类，一种是单晶的布拉格衍射，一种是多晶的布拉格衍射。
中文名
布拉格衍射
外文名
Bragg Diffraction
属性
现象
领域
光学
实质
三维衍射
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光的衍射
x射线衍射
布拉格衍射条件
布拉格衍射图像
介绍
布拉格衍射（又称X射线衍射的布拉格形式），最早由威廉·劳伦斯·布拉格及威廉·亨利·布拉格于1913年提出，他们早前发现了固体在反射X射线后产生的晶体线（与其他物态不同，例如液体），而这项定律正好解释了这样一种效应。他们发现，这些晶体在特定的波长及入射角时，反射出来的辐射会形成集中的波峰（叫布拉格尖峰）。布拉格衍射这个概念同样适用于中子衍射及电子衍射。中子及X射线的波长都于原子间距离(~150pm)相若，因此它们很适合在这种长度作“探针”之用。

x射线衍射谱判断有无物质存在

X射线衍射曲线出来以后，根据峰的强弱与位置可以查找卡片（当然现在是软件自动就完成匹配的卡片查找了）与之对照，如果三强峰都能对上，一般说来就说明含有这张卡片所代表的物质了。不过，由于固溶等原因，有可能会发生峰的位置有所偏离，但是不会偏移太多的。

• 如果该药物在2-theta 5度左右的特征衍射峰确实消失了，而且再没有任何新的衍射峰出现，就可认为它已变成非晶态的了。

请教，布拉格散射和汤姆逊散射的区别

图片中是X-ray与物质之间的相互作用，可以看到有康普顿散射(非相干散射)、布拉格散射(相干散射)、荧光效应和吸收等等，请问这里的相干散射(布拉格散射)和汤姆逊散射说的是同一回事情吗？

X射线与物质的相互作用

whd博士

应该不是一回事。简单点说，汤姆逊散射中散射出的电磁波来自受激材料的原子震动，而激发源电磁波并没有被观察者观察接收到；布拉格散射就是波的散射，只不过入射电磁波在经过光栅后其传播路径发生了改变，但是观察者观察到的还是入射电磁波~~~~~~不知道说明白了没有~~~~~~:D

wbcui

2楼: Originally posted by whd博士 at 2012-07-29 18:35:02

应该不是一回事。简单点说，汤姆逊散射中散射出的电磁波来自受激材料的原子震动，而激发源电磁波并没有被观察者观察接收到；布拉格散射就是波的散射，只不过入射电磁波在经过光栅后其传播路径发生了改变，但是观察者 ...

介个，我是没明白

whd博士

3楼: Originally posted by wbcui at 2012-07-29 22:48:51
介个，我是没明白...

就是观察者接收到的信号来源不一样：汤姆逊散射接收到的信号是靶材做受迫振动发射的，并不是入射的信号；而布拉格散射观察者接收到的信号就是入射信号~~~~~~

wbcui

4楼: Originally posted by whd博士 at 2012-07-30 09:17:57
就是观察者接收到的信号来源不一样：汤姆逊散射接收到的信号是靶材做受迫振动发射的，并不是入射的信号；而布拉格散射观察者接收到的信号就是入射信号~~~~~~

就是说，汤姆逊散射是非弹性散射，入射波长和散射波长不同
brag散射是弹性散射，入射波长和散射波长相同，才会在特定条件下产生干涉，才会利用此点得到XRD衍射谱。

nowcold

2楼: Originally posted by whd博士 at 2012-07-29 17:35:02

应该不是一回事。简单点说，汤姆逊散射中散射出的电磁波来自受激材料的原子震动，而激发源电磁波并没有被观察者观察接收到；布拉格散射就是波的散射，只不过入射电磁波在经过光栅后其传播路径发生了改变，但是观察者 ...

我的现在理解是：
汤姆逊散射是由于入射波打在电子上，电子受迫震动，辐射出和入射光源频率相同的电磁波，这些电磁波是沿各个方向发散的，但是以入射波的前进方向为主。
而布拉格散射则是在汤姆逊散射的基础上，以原子对入射波的总散射为单元，被同一方向排列的一组晶面上的原子散射后，在一个满足布拉格方程的角度，发生相干散射，强度叠加增强，这就是布拉格散射。
请您指教，谢谢。

入射波被一个电子散射

入射波被一个原子散射

入射波被一组晶面散射

whd博士

7楼: Originally posted by nowcold at 2012-07-30 09:57:00
我的现在理解是：
汤姆逊散射是由于入射波打在电子上，电子受迫震动，辐射出和入射光源频率相同的电磁波，这些电磁波是沿各个方向发散的，但是以入射波的前进方向为主。
而布拉格散射则是在汤姆逊散射的基础上， ...

我理解的是两者的作用对象不同，汤姆逊散射是针对等离子体这种比较特殊的物质存在状态；布拉格散射则是对一般的晶体的。因为等离子体中物质存在于晶体不同，其与入射波的作用及结果也不太相同~~~~~~至于汤姆逊散射强度，我觉得应该是与粒子受迫振动的运动方向有关，垂直运动方向的最强~~~~~~

tred

汤姆孙散射是指X光与电子的作用，在各个方向产生频率相同的散射光。所以我们看到的布拉格衍射实际上就是汤姆孙散射在晶体中产生干涉效应导致的。布拉格衍射的原理是，X光与电子云发生作用，在各个方向产生频率相同的散射光（汤姆孙散射），然由根据布拉格定律，某些方向的光辐射会被加强，就会形成布拉格散射。

布拉格条件的介绍

当电磁辐射或亚原子粒子波的波长，与进入的晶体样本的原子间距长度相若时，就会产生布拉格衍射，入射物会被系统中的原子以镜面形式散射出去，并会按照布拉格定律所示，进行相长干涉。对于晶质固体，波被晶格平面所散射，各相邻平面间的距离为d。当被各平面散射出去的波进行相长干涉时，它们的相位依然相同，因此每一波的路径长度皆为波长的整数倍。进行相长干涉两波的路径差为2dsinθ，其θ为散射角。由此可得布拉格定律，它所描述的是晶格中相邻晶体平面（由米勒指数1h、k及l 标记），产生相长干涉的条件 ：2dsinθ =nλ,

透射电子显微镜的成像方式

电子束穿过样品时会携带有样品的信息，TEM的成像设备使用这些信息来成像。投射透镜将处于正确位置的电子波分布投射在观察系统上。观察到的图像强度，I，在假定成像设备质量很高的情况下，近似的与电子波函数的时间平均幅度成正比。若将从样品射出的电子波函数表示为Ψ，则
不同的成像方法试图通过修改样品射出的电子束的波函数来得到与样品相关的信息。根据前面的等式，可以推出观察到的图像强度依赖于电子波的幅度，同时也依赖于电子波的相位。虽然在电子波幅度较低的时候相位的影响可以忽略不计，但是相位信息仍然非常重要。高分辨率的图像要求样品尽量的薄，电子束的能量尽量的高。因此可以认为电子不会被样品吸收，样品也就无法改变电子波的振幅。由于在这种情况下样品仅仅对波的相位造成影响，这样的样品被称作纯相位物体。纯相位物体对波相位的影响远远超过对波振幅的影响，因此需要复杂的分析来得到观察到的图像强度。例如，为了增加图像的对比度，TEM需要稍稍离开聚焦位置一点。这是由于如果样品不是一个相位物体，和TEM的对比度传输函数卷积以后将会降低图像的对比度。 由于电子束射入样品时会发生布拉格散射，样品的衍射对比度信息会由电子束携带出来。例如晶体样品会将电子束散射至后焦平面上离散的点上。通过将光圈放置在后焦平面上，可以选择合适的反射电子束以观察到需要的布拉格散射的图像。通常仅有非常少的样品造成的电子衍射会投影在成像设备上。如果选择的反射电子束不包括位于透镜焦点的未散射电子束，那么在图像上没有样品散射电子束的位置上，也就是没有样品的区域将会是暗的。这样的图像被称为暗场图像。
现代的TEM经常装备有允许操作人员将样品倾斜一定角度的夹具，以获得特定的衍射条件，而光圈也放在样品的上方以允许用户选择能够以合适的角度进入样品的电子束。
这种成像方式可以用来研究晶体的晶格缺陷。通过认真的选择样品的方向，不仅能够确定晶体缺陷的位置，也能确定缺陷的类型。如果样品某一特定的晶平面仅比最强的衍射角小一点点，任何晶平面缺陷将会产生非常强的对比度变化。然而原子的位错缺陷不会改变布拉格散射角，因此也就不会产生很强的对比度。 通过使用采用电子能量损失光谱学这种先进技术的光谱仪，适当的电子可以根据他们的电压被分离出来。这些设备允许选择具有特定能量的电子，由于电子带有的电荷相同，特定能量也就意味着特定的电压。这样，这些特定能量的电子可以与样品发生特定的影响。例如，样品中不同的元素可以导致射出样品的电子能量不同。这种效应通常会导致色散，然而这种效应可以用来产生元素成分的信息图像，根据原子的电子-电子作用。
电子能量损失光谱仪通常在光谱模式和图像模式上操作，这样就可以隔离或者排除特定的散射电子束。由于在许多图像中，非弹性散射电子束包含了许多操作者不关心的信息，从而降低了有用信息的可观测性。这样，电子能量损失光谱学技术可以通过排除不需要的电子束有效提高亮场观测图像与暗场观测图像的对比度。 如前所述，通过调整磁透镜使得成像的光圈处于透镜的后焦平面处而不是像平面上，就会产生衍射图样。对于单晶体样品，衍射图样表现为一组排列规则的点，对于多晶或无定形固体将会产生一组圆环。对于单晶体，衍射图样与电子束照射在样品的方向以及样品的原子结构有关。通常仅仅根据衍射图样上的点的位置与观测图像的对称性就可以分析出晶体样品的空间群信息以及样品晶体方向与电子束通路的方向的相对关系。
衍射图样的动态范围通常非常大。对于晶体样品，这个动态范围通常超出了CCD所能记录的最大范围。因此TEM通常装备有胶卷暗盒以记录这些图像。
对衍射图样点对点的分析非常复杂，这是由于图像与样品的厚度和方向、物镜的失焦、球面像差和色差等等因素都有非常密切的关系。尽管可以对格点图像对比度进行定量的解释，然而分析本质上非常复杂，需要大量的计算机仿真来计算。
衍射平面还有更加复杂的表现，例如晶体格点的多次衍射造成的菊池线。在会聚电子束衍射技术中，会聚电子束在样品表面形成一个极细的探针，从而产生了不平行的会聚波前，而汇聚电子束与样品的作用可以提供样品结构以外的信息，例如样品的厚度等等。

中子衍射的原理

中子衍射通常指德布罗意波长为约1埃左右的中子（热中子）通过晶态物质时发生的布拉格衍射。

中子衍射的基本原理和X射线衍射十分相似，其不同之处在于:

①X射线是与电子相互作用，因而它在原子上的散射强度与原子序数成正比，而中子是与原子核相互作用，它在不同原子核上的散射强度不是随值单调变化的函数，这样，中子就特别适合于确定点阵中轻元素的位置(X射线灵敏度不足)和值邻近元素的位置(X 射线不易分辨);

②对同一元素，中子能区别不同的同位素，这使得中子衍射在某些方面，特别在利用氢-氘的差别来标记、研究有机分子方面有其特殊的优越性;

③中子具有磁矩，能与原子磁矩相互作用而产生中子特有的磁衍射，通过磁衍射的分析可以定出磁性材料点阵中磁性原子的磁矩大小和取向，因而中子衍射是研究磁结构的极为重要的手段;

④一般说来中子比X 射线具有高得多的穿透性，因而也更适用于需用厚容器的高低温、高压等条件下的结构研究。中子衍射的主要缺点是需要特殊的强中子源，并且由于源强不足而常需较大的样品和较长的数据收集时间。

中子衍射设备也与X 射线衍射相似:由核反应堆孔道中引出的热中子束通过准直器射到单色器上，经单晶反射获得单一波长的中子入射到样品上，然后由绕样品旋转的中子探测器在各个角度测定衍射束的强度，再通过与X 射线衍射相类似的数据处理求得点阵不同位置上的核密度分布。在实验技术上与传统方法稍有差别的还有利用不同波长的中子具有不同速度(能量)这一原理建立的飞行时间衍射法，主要用在加速器等强脉冲中子源上。

声子晶体的布拉格散射型

对于声子晶体的Bragg散射机理，已经有大量文献进行了研究。当Bragg散射型声子晶体的基体为流体时，基体中仅存在纵波，因此带隙源于相邻原胞间的反射波的同相，其第一带隙的中心频率对应的弹性波波长约为晶格常数的的两倍。当Bragg散射型声子晶体的基体为固体时，内部波场存在纵波和横波，而且它们之间可以相互转化。研究结果表明，带隙频率对应的波长与横波波长在同一个数量级上。影响Bragg散射型声子晶体振动带隙特性的因素包括：组元材料的密度、弹性模量等；结构的晶格形式、尺寸大小及填充率等。
弹性波在声子晶体中传播时，受其内部周期结构的作用，形成特殊的色散关系（能带结构），色散关系曲线之间的频率范围称为带隙。图1为二维声子晶体的能带结构，图中阴影所示为带隙。
理论上，带隙频率范围的弹性波传播被抑制，而其它频率范围（通带）的弹性波将在色散关系的作用下无损耗地传播。当声子晶体的周期结构存在缺陷时，带隙频率范围内的弹性波将被局域在缺陷处，或沿缺陷传播。因此，声子晶体可用于控制弹性波的传播，在新型声学器件、减振降噪领域具有广阔的应用前景。
在声子晶体中，与弹性波传播相关的密度和弹性常数不同的材料按结构周期性复合在一起，分布在格点上相互不连通的材料称为散射体，连通为一体的背景介质材料称为基体。声子晶体按其周期结构的维数可分为一维、二维和三维，其典型结构图2所示，图中的点线表示在周期方向的延拓，(a)为一维结构，(b)和(c)分别为二维及三维结构。
理想的声子晶体模型一般认为在非周期方向上具有无限尺寸，这种假设只有在波长远小于非周期方向尺寸时才合理。由于固体中弹性波传播速度较快，实际工程中广泛应用的梁、板等结构均不能满足这一条件，因此，研究非周期方向上为有限尺寸的周期结构更有实际意义。为了区别于一维、二维理想声子晶体，可将这类周期结构称为声子晶体结构。图3给出了典型的声子晶体梁板类结构图。 (a)为材料尺寸及截面尺寸均周期变化的声子晶体梁结构； (b)为声子晶体薄板结构。研究表明，声子晶体梁板类结构同样具有带隙特性。