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110晶向原子间距及晶向110怎么测量?

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一、什么叫做110晶向原子间距?

沿某晶向,相邻两个原子核之间的直线距离,等于该晶向最小重复单元长度。晶向指数方向矢量长度:110晶向原子间距及晶向110怎么测量?-1

单位晶向矢量长度(相邻原子间距)= 矢量总长 / 该段内原子间隔数;
二、晶向110怎么测量?怎么知道晶向是110还是100?

方法 1:X 射线衍射 XRD(最常用,间接计算)

原理

110晶向原子间距及晶向110怎么测量?-1

操作步骤

  1. 多晶 / 单晶样品做 XRD,找到 (110) 衍射峰,读出衍射角\(2\theta\);
  2. 已知 X 射线波长\(\lambda\),由布拉格公式算出\(d_{110}\);
  3. 反解晶格常数 \(a = d_{110}\cdot\sqrt{2}\);
  4. 根据晶体结构 FCC/BCC 代入对应公式,算出沿 [110] 晶向相邻原子间距。
注意区分:\(d_{110}\)是 **(110) 晶面之间垂直距离 **;\(d_{[110]}\)是沿 [110] 直线上相邻原子距离,二者完全不同,不要混淆。

方法 2:透射电镜 TEM(高分辨 HRTEM,直接观测)

原理

电子束沿低指数带轴入射,高分辨成像直接拍出原子列条纹,标尺标定后直接量取 [110] 方向原子间距。

步骤

  1. 样品减薄至电子透明;
  2. 倾转样品台,使电子束平行于某晶带,成像中出现沿 [110] 的原子排;
  3. 用已知晶格标准(如 Si 标样)校准图像标尺;
  4. 在图像上沿 [110] 原子列测量相邻两亮斑(原子)中心距离,即直接得到\(d_{[110]}\);
  5. 可搭配选区电子衍射 SAED,衍射斑点标定 [110] 方向验证。

方法 3:扫描隧道显微镜 STM / 原子力显微镜 AFM(表面 [110] 取向)

适合单晶平整表面(如 Cu (110)、W (110)):
  1. 制备原子级平整 (110) 单晶表面;
  2. STM 扫描得到表面原子排布地形图;
  3. 图像中沿 [110] 密排方向测量相邻原子峰间距,直接读出原子间距;

    优点:只测表面真实原子排布,可观察重构引起的间距变化。

方法 4:中子衍射(金属 / 含轻元素材料)

原理同 XRD,中子对重元素、氢元素更友好,测 (110) 衍射峰求晶格常数a,再换算 [110] 晶向原子间距,多用于合金、磁性材料。

方法 5:电子背散射衍射 EBSD(SEM 配套,辅助标定)

EBSD 给出晶粒取向,确定晶粒是否为 [110] 取向,配合 TEM 或 XRD 数据,批量统计不同晶粒 [110] 原子间距变化(应力、应变导致间距偏移)。