一种确定单晶三维方向的方法

摘要

本发明公开了一种确定单晶三维方向的方法，包括单晶的一维方向确定和单晶的三维方向确定；其中，1)利用专利号为200620079376.7的实用新型专利提供的XRD样品台装置，确定单晶的一维方向；当晶体的一维方向确定后，在已确定的晶体学平面(h₁k₁l₁)上标定一个二维坐标系，即可确定单晶的三维方向，具体是，首先确定在晶体学平面(h₁k₁l₁)内二维坐标系的x轴，然后依照右手法则，在晶体学平面(h₁k₁l₁)内作垂直于x轴的直线，即为y轴，三维坐标系的z轴为晶体学平面(h₁k₁l₁)的法线方向[h₁k₁l₁]，至此，完成单晶的三维方向确定。本发明仅需要对晶体一个晶面进行衍射实验，便可快速实现对晶体的三维定向，避免了定向过程中的盲目性和对晶体的浪费。

主权项

一种确定单晶三维方向的方法，其特征在于，包括单晶的一维方向确定和单晶的三维方向确定；其中，1)确定单晶的一维方向，具体步骤如下：第一步，确定晶体样品表面与所寻找晶体学平面的空间夹角将该晶体样品台安装于XRD衍射仪上，并将晶体样品粘于样品台装置中的轴套端面，并保持晶体样品表面与轴体上部平面平行，晶体样品安装好后，开始XRD衍射实验；衍射仪采用2θ/θ扫描的方式，2θ取值为所寻找晶体学平面的布拉格衍射角2θ₀，衍射仪扫描范围θ＝0～2θ₀，扫描过程中使晶体绕表面法线方向按200转/分钟快速旋转，当θ角等于θ₁或θ₂两种情况时，X射线的衍射强度出现峰值，得出晶体样品表面与所寻找晶体学平面的空间夹角第二步，确定所寻找晶体学平面法线方向：保持晶体样品粘于样品台装置中的轴套端面，衍射仪采用2θ/θ扫描的方式，2θ取值为所寻找晶体学平面的布拉格衍射角2θ₀，衍射仪的扫描范围为θ₁±0.1°，在扫描过程中，旋转晶体，找出X射线衍射强度出现峰值时的晶体位置，此时，所寻找晶体学平面法线方向落在X射线源与计数器组成的水平面内，且所寻找晶体学平面法线方向与晶体样品表面法线方向的空间夹角为垂直于所寻找晶体学平面法线方向切割晶体样品，得到所寻找晶体学平面(h₁k₁l₁)；2)确定单晶的三维方向，具体如下：当晶体的一维方向确定后，在已确定的晶体学平面(h₁k₁l₁)上标定一个二维坐标系，即可确定单晶的三维方向，设该二维坐标系的x轴方向为[h₃k₃l₃]，其具体步骤如下：根据几何关系可知，假设通过坐标原点O与直线[h₃k₃l₃]交于B点的直线为[h₂k₂l₂]，设晶体学平面(h₁k₁l₁)与其法线[h₁k₁l₁]的交点为A，其中，晶体学平面(h₁k₁l₁)和其法线由方程组(1)表示：$\left\{\begin{array}{c}{h}_{1}x+k_{1}y+l_{1}z=1\\ \frac{x}{h_1}=\frac{y}{k_1}=\frac{z}{l_1}\end{array}\right.---\left(1\right)$通过对方程组(1)求解可得A点坐标为：$(\frac{h_1}{h_1^2+k_1^2+l_1^2},\frac{k_1}{h_1^2+k_1^2+l_1^2},\frac{l_1}{h_1^2+k_1^2+l_1^2})---\left(2\right)$同理可求出B点坐标：$(\frac{h_2}{h_1{h}_2+k_1{k}_2+l_1{l}_2},\frac{k_2}{h_1{h}_2+k_1{k}_2+l_1{l}_2},\frac{l_2}{h_1{h}_2+k_1{k}_2+l_1{l}_2})---\left(3\right)$为方便起见，将直线[h₁k₁l₁]和[h₂k₂l₂]分别由向量和表示，可得：$\left\{\begin{array}{c}\overrightarrow{\mathrm{OA}}=\frac{\overrightarrow{a}}{\overrightarrow{a}·\overrightarrow{a}}\\ \overrightarrow{\mathrm{OB}}=\frac{\overrightarrow{b}}{\overrightarrow{a}·\overrightarrow{b}}\end{array}\right.---\left(4\right)$根据公式(4)，直线[h₂k₂l₂]在平面(h₁k₁l₁)上的投影[h₃k₃l₃]表示为：$\overrightarrow{\mathrm{AB}}=\overrightarrow{\mathrm{OB}}-\overrightarrow{\mathrm{OA}}=\frac{\overrightarrow{b}}{\overrightarrow{a}·\overrightarrow{b}}-\frac{\overrightarrow{a}}{\overrightarrow{a}·\overrightarrow{a}}---\left(5\right)$因此，只要确定满足公式(5)的直线[h₂k₂l₂]，直线[h₃k₃l₃]即可确定，即在晶体学平面(h₁k₁l₁)内二维坐标系的x轴已确定，依照右手法则，在晶体学平面(h₁k₁l₁)内作垂直于x轴的直线，即为y轴，三维坐标系的z轴为晶体学平面(h₁k₁l₁)的法线方向[h₁k₁l₁]，至此，完成单晶的三维方向确定。