X射線多晶衍射分析技術(shù)課件

X射線多晶衍射分析技術(shù)

福州大學(xué)測試中心Email:材料：你們最關(guān)心的是什么？

性能：你認(rèn)為與哪些因素有關(guān)？

結(jié)構(gòu)：有哪些檢測分析技術(shù)？緒論第1章晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體特性晶體的結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣晶向和晶面指數(shù)The14possibleBRAVAISLATTICES

{notethatspheresinthispicturerepresentlatticepoints,notatoms!}

2.晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣-C7crystalClassesCrystalsystemUnitcellshapeEssentialsymmetrySpacelatticesCubia=b=c

a=b=g=90FourthreefoldaxesPIFTetragonala=b≠c

a=b=g=90OnefourfoldaxisPIOrthorhombica≠b≠c

a=b=g=90ThreetwofoldaxesormirrorplanePIFA(BorC)HexagonaA=b≠c

a=g=90b=120OnethreefoldaxisPTrigonalA=b≠c

a=g=90b=120OnethreefoldaxisPa=b=c

a=b=g≠90OnethreefoldaxisRMonoclinica≠b≠c

a=b=90g≠90OnetwofoldaxisormirrorplanePCTriclinica≠b≠c

a≠b≠g≠90noneP◆底心點(diǎn)陣，C除八個(gè)頂點(diǎn)上有陣點(diǎn)外，兩個(gè)相對的面心上有陣點(diǎn)，面心上的陣點(diǎn)為兩個(gè)相鄰的平行六面體所共有。因此，每個(gè)陣胞占有兩個(gè)陣點(diǎn)。陣點(diǎn)坐標(biāo)為000，1/21/20◆體心點(diǎn)陣，I除8個(gè)頂點(diǎn)外，體心上還有一個(gè)陣點(diǎn)，因此，每個(gè)陣胞含有兩個(gè)陣點(diǎn)，000，1/21/21/2◆面心點(diǎn)陣。F除8個(gè)頂點(diǎn)外，每個(gè)面心上有一個(gè)陣點(diǎn)，每個(gè)陣胞上有4個(gè)陣點(diǎn)，其坐標(biāo)分別為000，1/21/20，1/201/2，01/21/2接變壓器玻璃鎢燈絲金屬聚燈罩鈹窗口金屬靶冷卻水電子X射線X射線X射線管剖面示意圖X射線光管X射線譜

由X射線管發(fā)射出來的X射線可以分為兩種類型：(1)連續(xù)X射線；

(2)標(biāo)識(shí)X射線。

X射線與物質(zhì)相互作用的總結(jié)熱能透射X射線衰減后的強(qiáng)度I0散射X射線電子熒光X射線相干的非相干的反沖電子俄歇電子光電子康普頓效應(yīng)俄歇效應(yīng)

光電效應(yīng)第3章X射線衍射的幾何原理晶體點(diǎn)陣對X射線的衍射布拉格定律本章導(dǎo)言：利用射線研究晶體結(jié)構(gòu)中的各類問題，主要是通過X射線在晶體中產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象。當(dāng)一束X射線照射到晶體上時(shí)，首先被電子所散射，每個(gè)電子都是一個(gè)新的輻射波源，向空間輻射出與入射波同頻率的電磁波?？梢园丫w中每個(gè)原子都看作一個(gè)新的散射波源，它們各自向空間輻射與入射波同頻率的電磁波。由于這些散射波之間的干涉作用，使得空間某些方向上的波則始終保持相互疊加，于是在這個(gè)方向上可以觀測到衍射線，而另一些方向上的波則始終是互相是抵消的，于是就沒有衍射線產(chǎn)生。X射線在晶體中的衍射現(xiàn)象，實(shí)質(zhì)上是大量的原子散射波互相干涉的結(jié)果。晶體所產(chǎn)生的衍射花樣都反映出晶體內(nèi)部的原子分布規(guī)律。概括地講，一個(gè)衍射花樣的特征，可以認(rèn)為由兩個(gè)方面的內(nèi)容組成：

一方面是衍射線在空間的分布規(guī)律，（稱之為衍射幾何），衍射線的分布規(guī)律是晶胞的大小、形狀和位向決定另一方面是衍射線束的強(qiáng)度,衍射線的強(qiáng)度則取決于原子的品種和它們在晶胞中的位置。X射線衍射理論所要解決的中心問題:在衍射現(xiàn)象與晶體結(jié)構(gòu)之間建立起定性和定量的關(guān)系。布拉格方程的導(dǎo)出：根據(jù)圖示，干涉加強(qiáng)的條件是：式中：n為整數(shù)，稱為反射級(jí)數(shù)；

為入射線或反射線與反射面的夾角，稱為掠射角，由于它等于入射線與衍射線夾角的一半，故又稱為半衍射角，把2稱為衍射角。ABd反射面法線圖示布拉格方程的討論選擇反射產(chǎn)生衍射的極限條件干涉面和干涉指數(shù)衍射花樣和晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系選擇反射X射線在晶體中的衍射實(shí)質(zhì)上是晶體中各原子散射波之間的干涉結(jié)果。只是由于衍射線的方向恰好相當(dāng)于原子面對入射線的反射，所以借用鏡面反射規(guī)律來描述衍射幾何。但是X射線的原子面反射和可見光的鏡面反射不同。一束可見光以任意角度投射到鏡面上都可以產(chǎn)生反射，而原子面對X射線的反射并不是任意的，只有當(dāng)、、d三者之間滿足布拉格方程時(shí)才能發(fā)生反射，所以把X射線這種反射稱為選擇反射。干涉面和干涉指數(shù)我們將布拉格方程中的n隱含在d中得到簡化的布拉格方程：

把（hkl）晶面的n級(jí)反射看成為與（hkl）晶面平行、面間距為(nh,nk,nl)的晶面的一級(jí)反射。面間距為dHKL的晶面并不一定是晶體中的原子面，而是為了簡化布拉格方程所引入的反射面，我們把這樣的反射面稱為干涉面。干涉面的面指數(shù)稱為干涉指數(shù)。衍射花樣和晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系從布拉格方程可以看出，在波長一定的情況下，衍射線的方向是晶面間距d的函數(shù)。如果將各晶系的d值代入布拉格方程，可得：

由此可見，布拉格方程可以反映出晶體結(jié)構(gòu)中晶胞大小及形狀的變化，但是并未反映出晶胞中原子的品種和位置。立方晶系：正方晶系：斜方晶系：第4章XRD實(shí)驗(yàn)一、樣品的制備二、測試條件的選擇三、衍射數(shù)據(jù)采集樣品制備樣品類型：粉末樣品塊體樣品膠體樣品薄膜樣品環(huán)境不穩(wěn)定樣品等樣品處理：粉末樣品要求過篩200目塊體樣品要求尺寸適當(dāng)便于測試其它類型樣品根據(jù)樣品性質(zhì)做適當(dāng)?shù)奶幚肀阌跍y試，同時(shí)保證樣品的不變性測試條件的選擇一、根據(jù)樣品的性質(zhì)及表征的需要選擇適當(dāng)?shù)臏y試條件。二、條件包括：儀器類型、X射線波長、儀器附件的選取、光路的設(shè)定、測試模式的選擇、儀器電流電壓的選擇、步長及步時(shí)的選擇等。圖譜的采集利用選擇好的條件對樣品進(jìn)行XRD數(shù)據(jù)采集。觀察所采集數(shù)據(jù)的情況判定圖譜質(zhì)量是否符合要求。觀察內(nèi)容包括：圖譜衍射峰的強(qiáng)度，典型特征強(qiáng)峰位置，圖譜的信噪比等。如果判斷圖譜不符合要求即改變條件重新采集。第6章X射線多晶衍射儀的應(yīng)用物相定性分析物相定量分析結(jié)晶度分析晶胞參數(shù)的精確測定納米晶粒尺寸分析結(jié)構(gòu)畸變分析材料的殘余應(yīng)力分析原位反應(yīng)分析未知結(jié)構(gòu)的粉末結(jié)構(gòu)解析材料的織構(gòu)分析固溶體材料結(jié)構(gòu)精修分析粒度/孔徑分布分析高分子材料有序度的PDF分析薄膜厚度/物相成分/應(yīng)力分析薄膜的線吸收系數(shù)、界面粗糙度分析單晶材料原子排列缺陷分析塊狀材料物相分布分析NameandformulaReferencecode: 01-071-1128Mineralname: CorundumCommonname: aluminiumoxide-Cr-dopedICSDname: AluminumOxideEmpiricalformula: Al2O3Chemicalformula: Al2O3CrystallographicparametersCrystalsystem: RhombohedralSpacegroup: R-3cSpacegroupnumber: 167a(A): 4.7352b(A): 4.7352c(A): 12.9176Alpha(°): 90.0000Beta(°): 90.0000Gamma(°): 120.0000Calculateddensity(g/cm^3): 4.05Volumeofcell(10^6pm^3): 250.84Z: 6.00RIR: 0.99SubfilesandQualitySubfiles: Inorganic Mineral Alloy,metalorintermetalic Corrosion ICSDPatternQuality: Calculated(C)CommentsAnalysis: (Al.996Cr.004)2O3ICSDcollectioncode: 009775TestfromICSD: AtleastoneTFimplausible.ReferencesPrimaryreference: CalculatedfromICSDusingPOWD-12++,(1997)Structure: Finger,L.W.,Hazen,R.M.,J.Appl.Phys.,49,5823,(1978)JCPDS標(biāo)準(zhǔn)卡片PeaklistNo.hkld[A]2Theta[deg]I[%]10123.4619625.71266.421042.5371335.349100.031102.3676037.97446.540062.1529341.9290.451132.0746643.59091.662021.9542946.4271.570241.7309852.84846.081161.5928557.84188.192111.5389260.0722.1101221.5071761.4733.2110181.5024361.6887.4122141.3973566.90733.9133001.3669368.60050.2141251.3291170.8391.0152081.2685674.7781.31610101.2320877.39414.2171191.2273777.7477.6182171.1868680.9360.7192201.1838081.1896.0200361.1539983.7500.9212231.14145