材料学硕-X射线衍射原理方法与应用

粉末多晶材料X射线衍射------原理、方法与应用XRD到底可以做些什么物有本末，事有终始；知所先后，则近道矣。2XRD到底可以做些什么1.XRD研究的是材料的体相还是表面相？XRD采用单色X射线为衍射源，一般可以穿透固体，从而验证其内部结构，因此XRD给出的是材料的体相结构信息。3XRD到底可以做些什么2.XRD是定性分析手段还是定量分析手段？XRD多以定性物相分析为主，但也可以进行定量分析。通过待测样品的X射线衍射谱图与标准物质的X射线衍射谱图进行对比，可以定性分析样品的物相组成。通过对样品衍射强度数据的分析计算，可以完成样品物相组成的定量分析。4XRD到底可以做些什么3.XRD进行定性分析时可以得到哪些有用信息？A.根据XRD谱图信息，可以确定样品是无定型还是晶体：无定型样品为大包峰，没有精细谱峰结构；晶体则有丰富的谱线特征。5XRD到底可以做些什么6XRD到底可以做些什么B.通过与标准谱图进行对比，可以知道所测样品由哪些物相组成（XRD最主要的用途之一）。基本原理：晶态物质组成元素如果不相同或其结构有差异，它们的衍射谱图在衍射峰数目、角度位置、相对强度以及衍射峰形上会显现出差异。7XRD到底可以做些什么8XRD到底可以做些什么C.通过实测样品和标准谱图2θ值的差别，可以定性分析晶胞是否膨胀或者收缩的问题，因为XRD的峰位置可以确定晶胞的大小和形状。9XRD到底可以做些什么10XRD到底可以做些什么4.XRD可以用于定量分析哪些内容？A.样品的平均晶粒尺寸基本原理：当X射线入射到小晶体时，其衍射线条将变得弥散而宽化。晶体的晶粒越小，X射线衍射谱带的宽化程度就越大。因此晶粒尺寸与XRD谱图半峰宽之间存在一定的关系，即谢乐公式（Scherrerequation）11XRD到底可以做些什么12XRD到底可以做些什么B.样品的相对结晶度：一般将最强衍射峰积分所得的面积（As）当作计算结晶度的指标，与标准物质积分所得面积(Ag)进行比较结晶度=As/Ag*100%。13XRD到底可以做些什么14XRD到底可以做些什么C.物相含量的定量分析：主要有K值法也叫RIR方法和Rietveld全谱精修定量等。RIR法的基本原理为1:1混合的某物质与刚玉(Al2O3)，其最强衍射峰的积分强度会有一个比值，该比值为RIR值。通过将该物质的积分强度/RIR值，总是可以换算成Al2O3的积分强度。对于一个混合物而言，物质中所有组分都按这种方法进行换算，最后可以通过归一法得到某一特定组分的百分含量。15XRD到底可以做些什么16XRD到底可以做些什么D.XRD还可以用于点阵常数的精密计算，残余应力计算等。《多晶材料X射线衍射：实验原理、方法与应用》17XRD到底可以做些什么18XRD到底可以做些什么19XRD到底可以做些什么20XRD到底可以做些什么21XRD到底可以做些什么22XRD到底可以做些什么23XRD到底可以做些什么24峰位面间距d→定性分析点阵参数d漂移→残余应力固溶体分析半高宽结晶性微晶尺寸晶格点阵非晶质的积分强度结晶质的积分强度定量分析结晶度角度（2θ）强度判定有无谱峰—准晶质、非晶质样品方位与强度变化（取向）集合组织纤维组织极图XRD----从原理到实际1.X射线与物质的相互作用25XRD----从原理到实际2.XRD的基本原理当一束单色X射线照射到晶体上时，晶体中原子周围的电子受X射线周期变化的电场作用而振动，从而使每个电子都变为发射球面电磁波的次生波源。所发射球面波的频率与入射的X射线相一致。26XRD----从原理到实际基于晶体结构的周期性，晶体中各个原子（原子上的电子）的散射波可相互干涉而叠加，称之为相干散射或衍射。X射线在晶体中的衍射现象，实质上是大量原子散射波相互干涉的结果。每种晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分布规律。27XRD----从原理到实际根据上述原理，某晶体的衍射花样的特征最主要的是两个：1)衍射线在空间的分布规律；2)衍射线束的强度。其中，衍射线的分布规律由晶胞大小，形状和位向决定，衍射线强度则取决于原子的品种和它们在晶胞的位置。因此，不同晶体具备不同的衍射图谱。28XRD----从原理到实际布拉格方程所反映的是衍射线方向与晶体结构之间的关系。对于某一特定晶体而言，只有满足布拉格方程的入射线角度才能够产生干涉增强，才会表现出衍射条纹。这是XRD谱图的根本意义。292d(hkl)sinn＝nXRD----从原理到实际3.X射线衍射仪30X线发生器(XG)测角仪样品计数器X射线管ＨＶ角度扫描XRD----从样品到数据1.样品的制备用于X射线衍射的样品可以是粉末样或块状样粉末样品要求样品颗粒度小于300目块状样品要求表面尺寸不得大于18mm×18mm，表面（被照射面）采用金相水磨砂纸磨平，无应力和织构31XRD----从样品到数据粉末样品制备用药勺取适量粉末放入玻璃样品架样品槽内，用毛玻璃轻压粉末，使之充满槽内，轻轻刮去多余的粉末，最后压平压实样粉末，使样品表面与玻璃架表面在同一平面内32XRD----从样品到数据块状样品的制备取少量橡胶泥搓成2cm×2cm的平面，放在铝样品架上，制好的块状样品放入样品架另一侧的样品框内，表面用称量纸覆盖，轻压橡皮泥，使样品固定在样品架上。33XRD----从样品到数据2.样品的安装按下衍射仪面板上的Door按钮，蜂鸣器发出报警声，向右拉开衍射仪保护门34DoorXRD----从样品到数据将样品表面朝上安装样品到样品台左手扶住左边门边使之不能动，右手向左边轻拉右边门，两门自动吸住后报警声停止。35XRD----从样品到数据3.测量参数设置在计算机桌面上双击RightMeasurementSystem图标，打开测量控制系统软件，进入控制主界面36XRD----从数据到图谱1.基于Jade的物相鉴定方法打开计算机，双击桌面上的Jade图标，进入Jade窗口37XRD----从数据到图谱打开测量文件38点击文件打开工具按钮，显示文件打开对话框XRD----从数据到图谱39双击文件名或选择多个文件后点READ，打开一个或多个文件单击图谱平滑按钮，使曲线显得光滑一些，每单击一次在原基础作一次平滑，每平滑一次，失真度增加图谱平滑XRD----从数据到图谱单击显示背景线，再单击一次扣除图谱背底，其它一些操作中会自动扣除背底扣除背底XRD----从数据到图谱Kα2线自动扣除，不需要手工扣除扣除Kα2XRD----从数据到图谱计算机自动寻峰，并标注d值手动寻峰，点击手动寻峰按钮后，在峰下单击加一个峰，右击去除峰标记寻峰XRD----从数据到图谱试试右下角这些按钮，看看它们的作用XRD----从数据到图谱左键点击S/M，直接进入物相检索窗口物相检索XRD----从数据到图谱右键点击S/M，进入物相检索窗口XRD----从数据到图谱物相检索在你认为存在的物相前的方框上点上勾，表示该物相存在物相检索完成后，返回主窗口按钮物相检索右击打印机图标，进入图形输出窗口检索结果输出XRD----从数据到图谱检索结果输出左键点击S/M，进入物相检索窗口XRD----从数据到图谱2.基于origin的XRD数据作图数据导入（基于txt文件）51XRD----从数据到图谱XRD定性分析中，纵坐标衍射峰强度的数值不是特别重要，在谱图中可以不显示，相应地其纵坐标为Intensity(a.u.)，而横坐标是非常重要的，要显示数值且选择的间距要合适，横坐标为2θ(deg.)。谱线与坐标轴线条大小（一般为3，显示四个边框，除底边外，其他轴均不含刻度），合理调整谱图显示范围。52XRD----从数据到图谱53XRD----从数据到图谱为了更清晰样品的物相结构，会对样品的晶型结构进行标注（有时会直接将hkl值标记在峰上）。可以直接采用符号标记出各个峰的归属（请根据标准卡片所示的2theta值等进行标定也可以采用导出的PDF卡片，通过图层的形式做到谱图下面（直接显示标准卡片的XRD谱图或者采用竖线显示特征峰位置）。54XRD----从数据到图谱55XRD----从数据到图谱56