2011級材料現(xiàn)代分析方法實驗

1、X射線衍射實驗物相定性和定量分析材料科學與工程學院 實驗教學中心鄭振環(huán)Email： D/max Ultima III X射線衍射儀簡介廠家：日本理學（Rigaku）安裝地點：材料科學樓207功率：3kW X射線光管：Cu靶 2kW，額定電流：2-60mA ，額定電壓20-60kV垂直方式，樣品水平，轉動方式/模式；掃描方式：可聯(lián)動和單動角度最小步進1/10000。角度重現(xiàn)性：/-0.0001度測角儀半徑285mm石墨單晶單色器多功能測量系統(tǒng)測試附件：多功能測量系統(tǒng)（MultiPurpose Measurement Attachment System MPA2000）：可以測試極圖，宏觀應力，薄

2、膜測試樣品的準備粉末樣品衍射儀所用粉末粒度以能通過325目篩孔為宜，當粉末的粒度小于1個m時衍射線存在明顯寬化，所以合適的粉末粒度為1-5 m.使用量大約為零點幾克。金屬定性分析樣品金屬樣品由于制備條件和其性質的原因，通常為塊狀，測試時使用鋁制樣品架。應根據(jù)樣品架的大小切割，最大要小于1.81.8cm，并使用砂紙進行研磨至一定平整度和光潔度。極圖和應力測試樣品極圖和應力分析：樣品臺為40，可以測量直徑40厚度10mm的樣品。應力分析時應注意研磨時盡量避免在樣品表面引入應力。極圖分析時根據(jù)x光管的靶材和樣品的吸收系數(shù)確定。使用透射法t1.00，反射法最小厚度為t3.2sin/ ,對于金屬t很小。

3、應力分析使用sin2法 測角儀X線衍射儀的構成高壓電源線管循環(huán)水裝置水冷高壓電線X線強度記錄裝置DSSSRS試樣角度掃描X線管的選擇管壓管流狹縫的選擇單色化方法的選擇掃描條件DS發(fā)散狹縫，SS防散射光闌，RS接受光闌X射線管和峰強度位置的變換試樣：FeMo（Ka=0.711）Cu（Ka=1.542）Cr（Ka=2.291）2dsinq=l管壓管流的設定得到最大強度最大P/B比的管壓（Kb濾波片法）不同的X射線管獲得的最大強度、最大P/B比所需電壓不同P40X射線管的選擇管壓與管流X射線靶的選擇試樣本身對射線的吸收和熒光射線的發(fā)生所需測定的d値范圍,精度,能量分辨率測定的目的射線的強度定性相分析

4、： Cu靶 40kV左右 最大電流單色器法Cu靶（l=1.54）Graphite（002）面d=3.35 qm=13.27RSm探測器試樣DSSSRS第1聚焦圓X射線衍射圓X射線焦點單色器qm2qm只記錄lKa的波長單色器晶體的安裝石墨晶體(002)d=3.352R=225mmSC=2Rcos(p/2-qm)SC=Rl/d彎曲石墨晶體P45C聚焦圓SK2Rqm狹縫的選擇P46選擇與測定目的相吻合的狹縫1/210.15mm 0.3mm掃描條件掃描范圍的選擇（q軸2q軸）測定方法的選擇（數(shù)率儀法FT法）數(shù)據(jù)取得的間隔時間掃描速度測定范圍開始角度最終角度掃描條件P50掃描范圍的選擇q 試樣的旋轉角度

5、2q 探測器的旋轉角度q-2q掃描：定性相分析（定量相分析點陣參數(shù)）q掃描：OKIN曲線等2q掃描：薄膜試樣的測定等（平行束法光路系統(tǒng)）測定方法的選擇P51定性相分析測定范圍2q無機物質2q有機物質無機物質：390有機物質：260掃描條件的大致設定（定性分析）要檢查好衍射圖譜的形狀強度等設定選擇最適合的條件實驗過程樣品制備根據(jù)安排表，用電子天平分別稱取總重量為0.5g的混合物用瑪瑙研缽將混合物混合均勻制樣（視頻）測試測速條件為： 角度范圍10-90 掃描速度：40/min物相分析定量分析（在物相分析的基礎上）根據(jù)實驗結果撰寫分析報告定量分析的基本原理在一個含有N個物相的多相體系中，每一個相的R

6、IR值（參比強度）均為已知的情況下，測量出每一個相的衍射強度，可計算出其中所有相的質量分數(shù)：式中A表示N個相中被選定為內標相的物相名稱式中右邊是兩個物相X和A的RIR值，可以通過實測、計算或查找PDF卡片獲得如:查看Al的PDF卡片可知Al的RIR值為4.3如樣品中只含有兩相A和B，并選定A為內標物相，則有：物相檢索見黃繼武“Jade 使用手冊”演示見“Jade 6的安裝與高級操作”全譜擬合定量分析 所謂全譜擬合即是在假設的晶體結構模型與結構參數(shù)的基礎上，結合某種峰型函數(shù)來計算多晶體衍射譜，調整這些結構參數(shù)與峰型函數(shù)使算得的多晶體衍射譜能與實驗譜相符合，從而獲得結構參數(shù)和峰型參數(shù)的方法。這一逐

7、漸逼近的過程就稱為擬合。Structural model Raw data Rietveld Refinement Refined modelshift全譜擬合原理1.衍射峰可用函數(shù)模擬（Gik為峰形函數(shù)）2.衍射譜是各衍射峰的疊加根據(jù)結構模型計算粉末衍射譜Yic。4. 改變結構模型（結構參數(shù)），利用非線性最小二乘法時計算譜擬合實測譜。 Rp=| Yio-Yic |/Yio Rwp=Wi (Yio-Yic)2/WiYio21/2 RB= RI=|Iko-Ikc| /Iko Rexp(N-P)/ WiYio2 1/2 GofFWi(Yio-Yic)2/(N-P)(Rwp/Rexp)2N為衍射譜上

8、數(shù)據(jù)點的數(shù)目，P為擬合中被精修的參數(shù)數(shù)目。GofF為Goodness of Fitting的縮寫。5.判別因子R結構參數(shù)：其中包括晶胞參數(shù)、各原子位置的占有率、原子的各向同性（或各向異性）溫度因子，還有定標因子等。峰型參數(shù)：其中包括峰型參數(shù)、峰寬參數(shù)、不對稱參數(shù)、擇優(yōu)取向參數(shù)、本底參數(shù)、消光校正及零位校正等。在結構精修過程中，可變動的精修參數(shù)是很多的，概括起來分為兩類：精修步驟（分步精修）：由于精修的參數(shù)很多，如果一開始就同時對所有的參數(shù)精修，則參數(shù)改變的途徑會很多，可能使得到的最小二乘法收斂到偽極小。 因此，Rietveld精修總是分步進行。先調整、精修12個參數(shù)，將其它的固定在處之。在最小

9、二乘方極小后，在增加12個參數(shù)，這樣逐步增加，直到全部參數(shù)都被修正。 一般地，先精修的常是定標因子和零位校正，接下來是本底參數(shù)和晶胞參數(shù)，其后是原子坐標，占有率和各向同性溫度因子，再后是考慮各種線性參數(shù)，如高斯峰寬中的U、V、W，洛侖茲峰寬中的X、Y、Z，PV函數(shù)中的比例因子等，最后是各向異性溫度因子的精修。Rietveld法全譜擬和分析的步驟1.優(yōu)質衍射圖譜的獲得2.數(shù)據(jù)的轉換2.結構結構的確定3.使用精修軟件分步精修優(yōu)質衍射圖譜的獲得aligned and calibrated instrument調整和校正儀器使用標樣beam overflow problems峰的重合問題高的分辨率狹縫的設置，光源的選擇good counting statistics良好的計數(shù)強度幾萬計數(shù)強