jade分析物相及晶胞参数和晶粒尺寸计算过程

《无极材料测试技术》课程作业对编号01N2009534的样品XRD测试数据进行物相分析，并计算其平均晶粒尺寸大小与晶胞参数。1.物相分析过程使用MDIJade5.0软件对样品XRD测试数据进行分析，以定性分析样品的物相。1.1.数据的导入将测试得到的XRD测试数据文件01N2009534.txt直接拖动到Jade软件图标上，导入数据，得到样品XRD衍射图（图1-1）。图1-1数据导入Jade5.0后得到的XRD图1.2.初步物相检索右键点击键，弹出检索对话框，设定初步检索条件：选择所有类型的数据库；检索主物相（MajorPhase）；不使用限定化学元素检索（UseChemistry前方框不打钩）（如图1-2所示）。点击“OK”开始检索，得到的检索结果见图1-3。从初步检索结果可以看出，最可能的物相有四个：CaB5O8(OH)B(OH)3(H2O)3（图1-3）、CaB6O10·5H2O（图1-4a）、Ca2.62Al9.8Si26.2O72H4.56（图1-4b）和C20H20N16O8S4Th（图1-4c）。其中前三个均为无机物，第四个为有机金属化合物。从结果分析，由图1-4b、c中可以看出，这两种物相的标准衍射峰没有与样品衍射峰中的最强峰匹配，因此样品中不含有第三、四中物相或者其主晶相不是第三、四种物相。而从图1-3以及图1-4a中可以看出，两种物相的衍射峰与样品的衍射峰几乎都能对上，并且强弱对应良好，因此样品中主晶相可能为CaB5O8(OH)B(OH)3(H2O)3或CaB6O10·5H2O或者两者的混合物。图1-2初步物相检索条件设定图1-3经过初步检索得到的检索结果图1-4初步检索结果1.3.限定条件的物相检索初步分析结果，现对样品进行限定条件检索，检索条件设定如图1-5所示。检索结果见图1-6。通过限定条件检索，发现CaB5O8(OH)B(OH)3(H2O)3与CaB6O10·5H2O两物相的衍射峰与样品衍射峰均能对应。虽然CaB5O8(OH)B(OH)3(H2O)3的FOM值较小，但是从图上可以看出其标准衍射峰与样品峰（包括最强峰）有很小偏离，而CaB6O10·5H2O的衍射峰与样品峰能够更好的对应（尤其是较强的衍射峰）。由于没有被告知样品的来历（合成或是天然矿物），因此，样品主晶相中一定含有CaB6O10·5H2O，可能有CaB5O8(OH)B(OH)3(H2O)3以及Ca2.62Al9.8Si26.2O72H4.56和C20H20N16O8S4Th。如果样品为人工合成，考虑到Th元素的稀少性以及第四种物相元素与前三种差别较大，可以排除样品中含有此物相的可能性；但是若为天然矿物，则无法做出类似判断。CaB6O10·5H2O物相标准PDF卡号12-0528，卡片在附件中。abc图1-5限定条件物相检索前的条件设定图1-6经过限定元素后得到的分析结果2.平均晶粒尺寸计算Jade计算平均晶粒尺寸的基本原理就是谢乐公式，以衍射峰半高宽来计算。由于没有标准样品的衍射数据来制作仪器半高宽补正曲线，故计算过程中选择ConstantFWHM选项作为半高宽补正。2.1.数据导入将编号01N2009534的文本数据拖动到Jade程序中，得到样品衍射图（图2-1）。图2-1数据导入Jade5.0后得到的XRD图2.2.物相检索不对数据做任何处理，直接进行物相检索，根据1中的物相分析结果，认为主晶相为CaB6O10·5H2O，不考虑其他物相。检索结果如图2-2所示。图2-2初步检索得到的检索结果2.3.扣除背底、Kα2点击键显示已有的背底（图2-3），然后再次点击键，去除背底以及Kα2（图2-4）。图2-3显示已有的背底图2-4扣除背底及Kα2后的XRD图2.4.平滑曲线点击键对衍射图进行一次平滑。平滑后的衍射图见图2-5。图2-5平滑后的XRD图2.5.全谱拟合点击键对XRD进行全谱拟合，系统提示衍射峰过多（如图2-6所示），需要对XRD进行选区拟合。从XRD图可以看出，样品的主要衍射峰都在40°以前。因此，选择40°区域进行拟合（图2-6）。图2-6系统提示全谱拟合峰数过多图2-7选区拟合结果2.6.计算平均晶粒尺寸在菜单栏，点击Report/Size&StrainPlot，弹出对话框，选择ConstantFWHM为样品半高宽补正曲线，得到结果如图2-8所示，晶粒平均尺寸为1888Å，即188.8nm图2-8平均晶粒尺寸计算结果3.晶胞参数计算由物相分析可知，样品中CaB6O10·5H2O为一定存在的主晶相，CaB5O8(OH)B(OH)3(H2O)3可能存在。因此计算晶胞参数仅计算CaB6O10·5H2O物相的。3.1.数据导入将编号01N2009534的文本数据拖动到Jade程序中，得到样品衍射图（图3-1）。图3-1数据导入Jade5.0后得到的XRD图3.2.物相检索点击进行物相检索，在得到检索结果中，在CaB6O10·5H2O相前方框里打钩（如图3-2）。图3-2初步检索得到的检索结果3.3.扣除背底、Kα2点击检索结果界面左上角键，退回主界面，点击键显示已有背底（图3-3），再次点击键扣除背底与Kα2（图3-4）。图3-3显示已有的背底图3-4扣除背底及Kα2后的XRD图3.4.平滑曲线点击键对衍射图进行一次平滑。平滑后的衍射图见图2-5。图3-5平滑后的XRD图3.5.标注衍射指数，选区拟合点击主界面右下角的键，在途中标注个衍射峰的衍射指数（图3-6），然后对XRD图进行选区拟合，结果如图3-7所示。图3-6标注晶面指数的XRD图图3-7选区拟合结果3.6.计算晶胞参数点击工具栏中Option/CalculateLattice，弹出对话框，直接得到计算结果（如图3-8所示）。图3-8晶胞参数计算结果计算结果表明：CaB6O10·5H2O的平均晶格参数为a=10.9769Å，b=16.5742，c=6.5742；α=90°，β=91°，γ=90°。检索得到的CaB6O10·5H2O标准PDF卡片中的晶胞参数为a=11.03Å，b=16.4，c=6.577；α=90°，β=91.33°，γ=90°。两者相比，相差不大。通过XRD测试数据以Origin软件绘制的CaB6O10·5H2OX射线衍射图如图3-9所示，由于峰位密集程度较高，且部分衍射峰很低，图中只标注了40°以前的部分主要衍射峰的衍射指数。10203040506070010002000300040005000101170160060250330131311140040130120110020Intensity(a.u.)2CaB6O10·5H2O图3-9CaB6O10·5H2O样品XRD衍射图