XRD简介及其应用

XRD简介及其应用刘璇[e-mail]2019年10月29日主要内容XRD（X-RayDiffraction）主要用于物相分析和晶体结构的测定，它所获取的所有信息都基于材料的结构。目录§1基础知识§2X射线衍射原理及分析方法§3Highscore软件使用§1基础知识1、X射线概述1895年：德国科学家伦琴发现了X射线（1901年获得首届诺贝尔奖）；1908～1911年：巴克拉测定了X射线谱；1912年：德国科学家劳厄发现X射线在晶体中的衍射现象，印证了X射线是电磁波（1914年获得诺贝尔奖）；1912年：英国科学家Bragg父子利用X射线衍射测定了NaCl晶体的结构，开创了X射线晶体结构分析的历史（1915年获得诺贝尔奖)。（1）X射线特点X射线波长范围0.001-10nm，在电磁波谱上处于紫外与γ射线之间,适用于衍射分析的X射线波长0.05-0.25nm。1.1X射线的特点及其产生穿透能力很强，可以穿透2～3cm厚的木板，1.5cm的铝板，但1.5mm厚的铅板几乎把X射线完全挡住。能在晶体中产生衍射花样，对衍射花样进行分析可以确定晶体结构，成为研究物质结构的主要手段。（1）X射线特点①产生原理：实验表明，高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，其中一小部分（1％左右）能量转变为X射线，而绝大部分（99％左右）能量转变成热能使物体温度升高。②产生条件：产生自由电子，使电子作定向的高速运动；在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。1.2X射线的产生③X射线管的结构：1.2X射线的产生晶体：有明确衍射图案的固体，其原子或分子在空间按一定规律周期重复地排列。晶体中原子或分子的排列具有三维空间的周期性。2、晶体基础知识单晶：等同基本单元在空间按周期排列成的物质聚集体。晶体＝基元＋周期d晶型、多晶、晶相微观形态晶型：依晶胞特征将单晶规属为某种晶体类型多晶：大量单晶的聚集体构成某种微观形态（如球晶、串晶、树枝晶等）（多晶）晶相微观形态≠（单晶）晶型晶胞参数：表示晶胞形状和大小的6个参数，也称晶格特征参数。晶面指数的标定abcAGDF(100)BEDG(010)CEDF(001)ACEG(101)ABC(111)AHC(121)OEG(111)七个晶系的晶胞参数立方：a=b=c,α=β=γ=90六方：a=bc,α=β=90,γ=120四方：a=bc,α=β=γ=90三方：a=b=c,α=β=γ90斜方：abc,α=β=γ=90单斜：abc,β=γ=90α三斜：abc,αβγ90晶面、晶面族与晶面间距晶型：过晶体基元中心的几何平面晶面族：相互平行且间距相等的多个晶面晶面间距：一族晶面相邻晶面间的垂直距离晶面与晶面族示意图不同晶面族的晶面间距1、X射线衍射及Bragg方程§2X射线衍射及分析方法1.1X射线衍射现象X射线照射到晶体后产生散射散射X射线在空间传播途中相互叠加在不同传播方向产生离散的光强空间分布X射线衍射原理如果让一束连续X射线照射到某一晶体上，且在晶体后面放一黑纸包着的照相底片来探测X射线，会发现在底片上存在有规律分布的斑点，这就是相干散射干涉加强的结果。晶体底片铅屏X射线管晶体对X射线的衍射——Bragg方程光程差：=AB+BC=dsin+dsin=2dsin满足衍射的条件为：2dsin=n式中：n为整数；d为晶面间距；λ为入射波长；θ为Bragg角或掠射角，又称半衍射角。X射线衍射学上规定——衍射图各衍射峰的d值，由n=1时的计算值标记：d＝λ/(2sinθ)2、衍射仪法衍射仪由四个基本部分组成：X射线发生部分、测角仪、探测器和计算机部分。XRD图谱3、样品测试及分析3.1样品制备XRD分析要求样品无择优取向,在任何方向中都应有足够数量的可供测量的晶体颗粒，样品可是多晶的块、片或粉末，但以粉末最为适宜。粉末要求：物相分析粒径约1-5μm、定量分析粒径约在0.1-2μm。对脆性物质宜用玛蹈研钵研细延展性好的金属及合金，可将其锉成细粉。物相分析包括定性分析与定量分析两部分：定性分析:根据X射线衍射谱的特点，判断物相是否存在。定量分析:根据衍射线的强度分布情况，判断各个物相的相对含量。3.2XRD物相分析Highscore软件演示