晶体测角

如题所述

晶体的测角就是利用一定的测量仪器对晶体上相邻晶面的面角进行测量的过程。晶体测角常用的仪器主要有两类,即接触测角仪和反射测角仪。

图3-1 接触测角仪及其测角原理

(据W.D.Nesse,2000)

1.利用接触测角仪测角

接触测角仪(contact goniometer)的结构比较简单(图3-1),主要由半圆仪和直臂两部分组成。半圆仪上以1°为单位,划分为180°;直臂是固定于半圆仪圆心上且可以自由旋转的一个臂。

利用接触测角仪测量面角时,首先使半圆仪的底边与晶体的一个晶面靠紧,然后旋转测角仪的直臂,使直臂的一边与另一晶面靠紧,同时保证半圆仪所在的平面与这两个晶面的交棱垂直,此时在半圆仪上读出的度数即为这两个晶面的面角。此仪器使用简单,但精度不高(误差1°~0.5°),且不适合测量小晶体。因此,在实际操作时,一般要对同一面角进行多次测量,最后求其平均值,作为最终面角值。

2.利用反射测角仪测角

反射测角仪是根据晶面对光线的反射原理制成的,可分为单圈反射测角仪和双圈反射测角仪两种。

(1)单圈反射测角仪

单圈反射测角仪及其测角原理如图3-2所示。利用该仪器进行晶体面角测量时,首先将晶体用胶蜡固定于刻度盘的中心,并使欲测晶面的交棱与刻度盘的旋转轴平行。这样,当光源发出的光线通过光管C变成平行光束照射到晶体上某一晶面a1时,光线即发生反射。如果我们旋转刻度盘,使晶面a1的法线正好是光管C和观测管F交角的平分线时,根据反射定律,由晶面a1反射来的光线正好被观测管F所接收,此时观测者即可从观测管F中看到反射光的光像,这时记录下晶面a1的法线刻度N1(光管C与观测管F的角平分线刻度值)。然后旋转刻度盘,使由光管C发出的光线照射到a2晶面上,当在观测管F中观察到a2晶面的反射光像时,记录下a2法线的刻度N2,则N1-N2的绝对值即为晶面a1和a2的面角。

图3-2 单圈反射测角仪(a)及其测角原理(b)

a1,a2—晶面;N1,N2—刻度;C—光管;F—观测管;H—刻度盘;K—待测晶体

单圈测角仪的测量精度较高,可达1′~0.5′,但缺点是当晶体固定好以后,只能测量晶体上与刻度盘旋转轴平行的那些晶面之间的面角,若要测量其他与旋转轴不平行的晶面的面角,则必须重新安置一次晶体,因此测量手续比较复杂。

(2)双圈反射测角仪

双圈反射测角仪及其测角原理如图3-3。它与单圈反射测角仪的不同点在于,其具有两个旋转轴相互垂直的圈,一个是绕垂直轴在水平方向上旋转的水平圈,另一个是绕水平轴在竖直平面上旋转的竖圈,由光管发出的光束正好通过这两个旋转轴的交点。在进行晶体测量时,用胶蜡把晶体粘放于两旋转轴交点的晶托上,当从发射管发出的光线照射到某个晶面上时,要使观测镜筒中能观察到该晶面反射光的光像,晶托上的晶体与入射光束之间的角度就需要调整,这个调整是通过旋转水平圈和竖圈实现的,在旋转过程中,当观测镜筒中出现晶面反射光的光像时,即晶面的法线落在发射光管和观测光管轴线的分角线位置时,我们便可以在水平圈上得到一个读数φ,同时在竖圈上得到另一个读数ρ。ρ和φ值犹如地球上某一点的经度和纬度,它反映了该晶面的法线在晶体空间上的位置。由此可见,通过双圈反射测角仪测量出来的值,不

图3-3 双圈反射测角仪(a)及其测角原理(b)

(据潘兆橹等,1993)

A—晶面;φ—方位角;ρ—极距角

是晶面的面角,而是某一晶面法线的经纬坐标。我们可以把不同晶面的法线坐标φ和ρ投影在一个平面上,在投影图上即可计算出任意两个晶面的面角(详见下一节)。显然,除被胶蜡粘结的晶面外,利用双圈反射测角仪,可以把晶体上所有晶面的φ和ρ都能测量出来,而且精度较高,因此这种仪器在晶体的测量上得到了广泛的应用。

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