搜索
X-射线衍射(XRD)是所有物质，包括从流体、粉末到完整晶体昀重要的无损分析工具。对材料学、物理学、化学、地质、环境、纳米材料、生物等领域来说，X-射线衍射都是物质表征和质量控制不可缺少的方法。而X-射线粉末衍射在催化剂的研究中具有重要作用。X-射线粉末衍射(XRD)4.0014.0024.002-theta[deg]012002400360048006000¾物相分析¾相纯度¾晶格参数¾晶粒尺寸¾形貌¾等Pt材料：你们昀关心的是什么？性能：你认为与哪些因素有关？结构：有哪些检测分析技术？¾物质的性质、材料的性能决定于它们的组成和微观结构。¾如果你有一双X-射线的眼睛，就能把物质的微观结构看个清清楚楚明明白白！¾X-射线衍射将会有助于你探究为何成份相同的材料，其性能有时会差异极大.¾X-射线衍射将会有助于你找到获得预想性能的途径。导言z晶体学基础zX-射线粉末衍射的基本原理zX-射线粉末衍射仪的构造和组成zX-射线粉末衍射技术zX-射线粉末衍射在催化中的应用物相分析晶粒大小的计算晶体学基础物质按聚集状态分:气态、液态和固态按原子或分子排列规律性分：晶体（crystal）和非晶体（noncrystal）晶体与非晶体的区别：¾均匀性－相同的密度、化学组成等¾各向异性－电导率、热膨胀系数、折光率等¾多面体外形¾有确定的熔点¾晶体具有对称性¾晶体对X-射线的衍射绝大部分陶瓷、少数高分子材料、金属及合金是晶体；多数高分子材料、玻璃及结构复杂材料是非晶体。几个概念几个概念11、晶态（、晶态（crystallinestatecrystallinestate）：）：各向异性，原子规排，固定熔点，长程有序（NaCl,CuSO4·nH2O）22、非晶态（、非晶态（noncrystallinenoncrystallinestatestate））：各向同性，无固定熔点，无规则外形，长程无序，短程有序（玻璃）33、准晶态（、准晶态（quasicrystallinequasicrystallinestatestate））：具有一般晶体不能有的对称性（如五次对称轴）44、液晶（、液晶（liquidcrystalsliquidcrystals）：）：有机物加热时所经历的某一不透明的浑浊液态阶段（中间相），具有和晶体相似的性质，又称中间相或介晶。55、超晶格（点阵）（、超晶格（点阵）（superlatticesuperlattice）：）：将两种或两种以上不同材料按照特定的迭代序列、沉积在衬底上而构成的（可是周期、准周期、随机三种）；超晶格自然界不存在，人工生长出来的，用于半导体薄膜。水晶：三方晶系主要成分是二氧化硅，常含有少量杂质成分如Al2O3、CaO、MgO等，为半透明或不透明的晶体石英：三方晶系SiO2石墨金刚石石墨烯碳纳米管C540C60C刚玉（Al2O3）邻苯二甲酸氢钾晶态电气石这种晶体阻挡高能射线能力强、分辨率高,因而特别适合于高能粒子和高能射线的探测,在基本粒子、空间物理和高能物理等研究领域有广泛的应用,并已十分成功地用于欧洲核子研究中心L3正负电子对撞机的电磁量能器上。托玛琳出现在我国是公元644年唐太宗征西时得到的，称之为“碧玺”,托玛琳化学成分比较复杂，是一种以含硼为主，还含铝、钠、铁、镁、锂等元素的硅酸岩矿物。促进皮肤代谢有害物质，提高肌肤弹性，促进全身血液循环和新陈代谢，从而达到美容、美体和治疗一些慢性病的作用。锗酸铋准晶态准晶态晶体学分析得出：晶体中原子呈有序排列，且具有平移对称性，晶体点阵中各个阵点的周围环境必然完全相同，故晶体结构只能有1，2，3，4，6次旋转对称轴，而5次及高于6次的对称轴不能满足平移对称的条件，均不可能存在于晶体中。近年来由于材料制备技术的发展，出现了不符合晶体的对称条件，但呈一定的周期性有序排列的类似于晶态的固体,1984年Shechtman(达尼埃尔·谢赫特曼)等首先报道了他们在快冷Al86Mn14合金中发现具有5次对称轴的结构。于是，一类新的原子聚集状态的固体出现了，这种状态被称为准晶态（quasicrystallinestate），此固体称为准晶（quasicrystal）。2011年诺贝尔奖获得者1970年美国IBM实验室的江崎和朱兆祥提出了超晶格的概念．他们设想如果用两种晶格匹配很好的半导体材料交替地生长周期性结构，每层材料的厚度在100nm以下，如图所示，则电子沿生长方向的运动将会产生振荡，可用于制造微波器件．他们的这个设想两年以后在一种分子束外延设备上得以实现．超晶格micellemicelleCubicCubicIaIa33ddHexagonalHexagonalPP66mmLamellarLamellar液晶相MCM-41100110PeriodichexagonalarrayofcylindricalporesIntensitySurfacearea:1000-1200m2/gPoressize:2-5nm介观相蛋白石-Opal光子晶体晶体:晶体是由原子(离子或分子)在三维空间中周期性排列而构成的。理想的晶体结构是具有一定对称性关系的、周期的、无限的三维点阵结构。晶体学基础NaCl晶胞ZSMZSM--2222MCM-22分子筛MCMMCM--2222分子筛分子筛点阵:将晶体内部原子(离子或分子)的周期性排列抽象成几何点沿空间的三个方向a、b、c周期地、无限地排列下去，构成点阵。将表示各类等同质点的抽象几何点称为点阵点，点阵点的空间排列则构成空间点阵。点阵为集中反映晶体结构的周期性而引入的一个概念。在一张二维周期性结构中，可在图上任选一点O作为原点。在图上就可以找到一系列与O点环境完全相同的点子,这一组无限多的点子就构成了点阵。将图像作一平移,对应于从原点O移至任意阵点的位置，图像仍然不变。这种不变性表明点阵反映了原结构的平移对称性。上述的考虑显然可以推广到具有三维周期性结构的无限大晶体。应该指出，原点位置可以任意选，但得到的点阵却是等同的。点阵平移矢量L总可以选用三个非共面的基矢A1、A2及A3的组合来表示：L＝mA1＋nA2＋pA3，这里的m、n、p为三个整数。A1、A2与A3所构成的平行六面体，称为晶胞或初基晶胞，它包含了晶体结构的基本重复单元。值得注意，基矢与晶胞的选择都不是唯一的，存在无限多种选择方案。一个初基晶胞是晶体结构的昀小单元。但是有时为了能更充分地反映出点阵的对称性，也可选用稍大一些的非初基晶胞（即晶胞中包含一个以上的阵点）。晶胞：晶胞是点阵的一个昀小单位。它的选取原则是（1）晶胞与宏观晶体有相同的对称性；（2）棱与棱之间的直角数量昀多；（3）在满足这样的条件下体积昀小。xyzαβγabc晶胞参数:包括晶胞中三个基本向量(a、b、c)及三个方向的夹角α、β、γ。•七个晶系，14种布拉维Bravais）晶胞•32种点群•230种空间群230种空间群晶胞示意图晶胞示意图晶格常数示意图晶格常数示意图1简单三斜点阵a≠b≠cα≠β≠γ22底心单斜点阵底心单斜点阵a≠b≠cα=γ=90°≠β33简单单斜点阵简单单斜点阵a≠b≠cα=γ=90°≠β44简单正交点阵简单正交点阵a≠b≠c，α=β=γ=90°55底心正交点阵底心正交点阵a≠b≠c，α=β=γ=90°66体心正交点阵体心正交点阵a≠b≠c，α=β=γ=90°77面心正交点阵面心正交点阵a≠b≠c，α=β=γ=90°88简单六方点阵简单六方点阵a=b≠c，α=β=90°，γ=120°99简单菱方点阵简单菱方点阵a=b=c，α=β=γ≠90°1010简单四方点阵简单四方点阵a=b≠c，α=β=γ=90°1111体心四方点阵体心四方点阵a=b≠c，α=β=γ=90°1212简单立方点阵简单立方点阵a=b=c，α=β=γ=90°13体心立方点阵a=b=c，α=β=γ=90°1414面心立方点阵面心立方点阵a=b=c，α=β=γ=90°晶向指数和晶面指数晶向指数和晶面指数晶面（crystalplane）——晶体结构一系列原子所构成的平面。晶向（crystaldirections）——通过晶体中任意两个原子中心连成直线来表示晶体结构的空间的各个方向。晶向指数(indicesofdirections)和晶面指数(indicesofcrystal－plane)是分别表示晶向和晶面的符号，国际上用Miller指数（Millerindices）来统一标定。1.立方晶系中晶向指数确定立方晶系(cubiccrystalsystems)晶向指数［ｕｖｗ]的步骤如下：(1)设坐标(2)求坐标(3)化整数(4)列括号［ｕｖｗ］若晶向上一坐标值为负值则在指数上加一负号。立方晶系中阵点坐标立方晶系中阵点坐标确定立方晶系中晶向指数示意图确定立方晶系中晶向指数示意图立方晶系中一些常用的晶向指数立方晶系中一些常用的晶向指数晶向指数还有如下规律晶向指数还有如下规律：：（1）某一晶向指数代表一组在空间相互平行且方向一致的所有晶向。（2）若晶向所指的方向相反，则晶向数字相同符号相反。（3）有些晶向在空间位向不同，但晶向原子排列相同，这些晶向可归为一个晶向族(crystaldirectiongroup)，用〈ｕｖｗ〉表示。如〈111〉晶向族包括[111]、[T11]、[1T1]、[11T]、[TT1]、[1TT]、[T1T]、[TTT]；〈100〉晶向族包括[100]、[010]、[001]、[T00]、[0T0]、[00T]。（4）同一晶向族中晶向上原子排列因对称关系而等同。晶族(crystalgroup)立方晶系中晶面指数确定立方晶系(cubiccrystalsystems)晶面指数（ｈｋｌ）的步骤如下:a)设坐标：原点设在待求晶面以外。b)求截距：求晶面在三个轴上的截距。c)取倒数d)化整数：h、k、le)加括号：（hkl），如果所求晶面在晶轴上截距为负数则在指数上加一负号。立方晶系中晶面指数示意图立方晶系中晶面指数示意图立方晶系中两个晶面指数立方晶系中两个晶面指数晶面指数还有如下规律晶面指数还有如下规律：：(1)某一晶面指数代表了在原点同一侧的一组想互平行且无限大的晶面。(2)若晶面指数相同，但正负符号相反，则两晶面是以点为对称中心，且相互平行的晶面。如（110）和（TT0）互相平行。(3)凡晶面间距和晶面上原子分布完全相同，只是空间取向不同的晶面，可归为同一晶面族（crystalplanegroup），用{hkl}表示。如{100}包括（100）、（010）、（001）、（T00）、（0T0）、（00T）。(4)在立方结构中若晶面指数和晶向指数的指数和符号相同，则该晶向与晶面必定是互相垂直。如：[111]⊥（111）、[110]⊥（110）、[100]⊥（100）。A：第一步：确定交点的坐标：x轴：1,y轴：1/2,z轴：1/3第二步：取倒数：1，2，3第三步：消除分数。因无分数，直接进入下一步。第四步：加圆括号，不加逗号，得到：(123)B：第一步：确定交点的坐标：x轴：1,y轴：2/3,z轴：2/3第二步：取倒数：1，3/2，3/2第三步：消除分数：1×2=23/2×2=33/2×2=3第四步：加圆括号，不加逗号，得到：(233)32,0,031,0,00,21,00,32,0A1,0,00,0,10,1,0B例晶面间距晶面间距——晶面指数为（hkl）的晶面相邻两个晶面之间距离，用dhkl表示。低指数的晶面晶面间距较大，高指数的则较小。晶面间距越大，该面上原子排列愈密集，否则越疏。•晶格间距dhkl一组平行晶面中昀相邻两个晶面间的距离称为晶面间距。•晶格间距dhkl与晶胞参数的关系