xRD晶粒尺寸分析

1、xRD晶粒尺寸分析XR端粒尺寸分析注：晶粒尺寸和晶面間距不同計算晶粒大?。褐x樂公式：D=k入/3cos0D一垂直于反射晶面（hkl）的晶粒平均粒度D是晶粒大小3-（弧度）為該晶面衍射峰值半高寬的寬化程度K謝樂常數(shù)，取決于結晶形狀，常取0.89e-衍射角入-入射X射線波長（？）計算晶面間距：布拉格方程：2dsine=n入d是晶面間距。此文檔是用XRD軟件來分析晶粒尺寸，用擬合的辦法，而不是用謝樂公式很多人都想算算粒徑有多大。其實，我們專業(yè)的術語不叫粒徑，而叫“亞晶尺寸”，它表征的并不是一個顆粒的直徑。A這么說吧，粉末由很多“顆粒”組成，每個顆粒由很多個“晶?！本奂桑粋€晶粒由很多個“單胞”拼

2、接組成。X射線測得的晶塊尺寸是指衍射面指數(shù)方向上的尺寸，如果這個方向上有M個單胞，而且這個方向上的晶面間距為d,則測得的尺寸就是Md如果某個方向（HKD的單胞數(shù)為N,晶面間距為di,那么這個方向的尺寸就是Nd。由此可見，通過不同的衍射面測得的晶塊尺寸是不一定相同的。B如果這個晶粒是一個完整的，沒有缺陷的晶粒，可以將其視為一個測試單位，但是，如果這個晶粒有缺陷，那它就不是一個測試單位了，由缺陷分開的各個單位稱為“亞晶”。比如說吧，如果一個晶粒由兩個通過亞晶界的小晶粒組成（稱為亞晶），那么，測得的就不是這個晶粒的尺寸而是亞晶的尺寸了。C為什么那么多人喜歡拋開專業(yè)的解釋而用“粒徑”這個詞呢？都是“納

3、米材料”惹的禍。納米晶粒本來就很小，一般可以認為一個納米晶粒中不再存在亞晶，而是一個完整的晶粒，因此，亞晶尺寸這個術語就被套用到納米晶粒的“粒徑”上來了。實際上，國家對于納米材料的粒徑及粒徑分布的表征是有標準的，需要用“小角散射”方法來測量。比如，北京鋼鐵研究總院做這個就做了很長時間。但是呢，一則，做小角散射的地方還不多，做起來也特別麻煩（現(xiàn)在好一些了，特別是對光能自動一些了），所以，很少有人去做，而且，用衍射峰寬計算出來的“粒徑”總是那么小，何樂而不為呢？我私下地覺得吧，這些人在偷換概念。久而久之，大家也就接受了。為了這個事吧，有些人就問了，既然做出來的納米材料的“粒徑”是這么小，那么有沒有

4、辦法在做SEM或TEM時將團聚在一起的小晶粒分開呢？確實分不開，分得開的是一個個的晶粒，分不開的是亞晶。D至于為什么通過衍射峰寬測出來的“粒徑”為什么總是那么小，還有一個原因。實際上吧，使衍射峰變寬的原因可能有兩個.一是晶粒變小了.另一個原因是晶粒內(nèi)部存在“微觀應變”。打個比方吧，甲乙兩個人同時做一件事，結果把功勞算到甲一個人頭上，當然這個人的功勞就大了（功勞大就峰寬，峰越寬晶粒就越細）。有時候發(fā)現(xiàn)，有個別人在有意無意地避口不談乙的功勞。E為什么允許將亞晶尺寸稱為“粒徑”呢？稱為徑，必假定晶粒為“球形”，從而假定了不論從哪個晶面去測都會是相同的，即忽略了A所說的那種差別。事實上，這種不同方向的

5、尺寸差異在很多情況下確實可以忽略。但是，也有一些特殊情況是不可以的。下面我們再談。注意這兩個假定，這就是為什么很多人都說，XRD1出來的粒徑不可靠，總是小于SEMITEM量出來的值。因為概念都不相同，它們怎么可能相同呢?既然大家都說是粒徑，那么要怎么樣來算粒徑呢?我們先來看一個簡單的問題。怎么做擬合？我們并不需要對所有的峰都做擬合，也不能用“全譜自動擬合”，正確的方法是做單峰擬合。加47raw203。4050國）70切TvroThetfl（d*g>當晶粒細化時.衍射峰就會變寬.隨之而來的是強度降低.峰就不那么好看了，做擬合時有三點要注意：1）并不需要選擇全部的峰來參與計算，如果某個峰長得

6、不好，寧可不要這個峰的數(shù)據(jù)；2）做單峰擬合，有的同學不管三七二十一，一個擬合按鈕按下去，自動去算吧，結果當然是錯誤的；3）如果有重疊峰，可以先將重疊峰分離，但最后最好將其去掉，軟件自動分解重疊峰的效果可能并不是令人滿意的這里，擬合分作兩段，只用到六個峰。特別是一些背底不平的情況，尤其要如此£CurrentProf11cPaxuctersEfmcaenrOptiocs一【口。九工包i酒，I.Hrfkwghrtg1M|口"硒口刈爾*軸由阿XFflianei*! 5*1* 0»孫丫室3*，修口融陽：% ST比隨i gRsMe F 5 2 T>O P F 寫卜 7

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9、daiFha.看看擬合結果，每個晶面計算出來的晶粒尺寸差不了多少,說明:1）確實不存在微應變;2）晶?；旧鲜乔蛐巍＜热贿@樣，那么計算粒徑的時候只要一個峰不是也差不離嗎？確實是這樣的，如果能假定樣品中不存在微觀應變，用一個低角度的峰來計算晶粒尺寸就可以了，沒有必要用很多峰，很多峰算出來不就是“平均粒徑”嗎？按下上面那個窗口中的“ Size & Strain ”按鈕，彈出上面 的窗口，發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)點基本上落在一條水平線上，那么 選擇“Size Only "得到了 “平均粒徑”。我們再來玩玩這個樣品。將這個樣品做一點處理，比如加 熱燒一會，會得到怎么樣的衍射譜呢？Prinrt02

10、-12-1-jJSr(Theta)瀟仙福=1口口 口力 5t©in（君卜口口 E5口 口fFiuUQQgS LC = M6Spinel-CoAED4FV田E仙陪同 0.373 dC.&79.0.231wo :匚叩子 &poK 01向金弓口地 二廠 QnginffJ泛0"20一OOGS.rawS2-225I -斗g-CMCl，50T修心ThF白 de-ji,=1 Estimate Czystallite Size 4 St iala f eqb. Peak Broa.這個圖比上面那個圖好看多了，為什么呢？因為峰明顯變窄了，窄了也就高了，高了也就掩蓋誤差了。注意

11、,盡管這個圖長得這么好,我們還是做單峰擬合,不厭其煩地，任勞任怨地一個峰一個峰地做擬合。Lm Sm芭吟莒國號革能巾：f -'訪刑，tl fJntt* Vv>3bt! L Dif：pli,refnTlF, 1 ru_UU L =_bm. l djfej L EW,3 L U.gjx.Lux rent Profile laraaLDt cr3 , def moEat Optxona1EJUUM. i: 口.iSize & StrainJu升：；安加"方加舊CrjrfFl ml 1 it it Size * St r ain 口 asLX£Ak 血由m 同閔

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13、高的順序，XS值是由大到小（除了最后兩個例外）。點下“Size&Strain:看看，這些數(shù)據(jù)點落在一條斜線上。而且還不過原點。在縱坐標上的截距大于0,這就說明，這個峰變寬,有你小一半也有我的一半。計算的結果可以從圖上看得清（吧？）那么，最后兩個點，為什么會突然變大了呢？都是重疊峰惹的禍。注意，上面的譜圖可以清楚看到，最后兩個點的數(shù)據(jù)是分離重疊峰得到的。怎么辦呢？去掉呀，在圖上的紅點上用鼠標點一下，紅點就消失了，這個數(shù)據(jù)點被舍棄。如果舍棄一個點還不滿足，干脆再去掉一個點吧。沒什么大不了的。個別的時候，也需要選擇"Strainonly",這時，數(shù)據(jù)點的特征是：1）在一條

14、斜線上；2）斜線過原點，甚至截距為負數(shù)（總不可能弄個負的晶粒尺寸吧？）注意了，這么計算粒徑時是有假定的，即晶粒（或者亞晶）是“球形”，至少是近似球形吧。也有個別的時候它就一個球。你還去套用這個方法，肯定就是你的錯誤了。這時候往往會得出這樣的結論：1）晶粒尺寸是負的；2）或者微觀應變是負的。別說我是瞎扯，我就發(fā)現(xiàn)過已經(jīng)發(fā)表的論文中的數(shù)據(jù)說微觀應變是負數(shù)。所謂微觀應變是指“晶粒內(nèi)部晶面間距相對于原始尺寸的變化起伏”，不可能伏下去就不起來了。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，可能的原因是：1）你的數(shù)據(jù)做得實在太差了，延長點掃描時間來做，多花點米米（心痛）好不好。你說，這個圖譜，不同的峰寬明顯不同，而且還似乎沒有規(guī)律，你還按球形來做，那么，真是扯球了。對付這種問題，還是有辦法的，既然不同方向的尺寸不同，那么同一方向的總相同吧，所以，選擇相同方向的不同級指數(shù)來做角析是可以的，李樹棠老師的晶體X