本科：晶體X射線衍射實(shí)驗(yàn)報(bào)告(參考格式)

中南大學(xué)X射線衍射實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)1304班級(jí)姓名王浩吉學(xué)號(hào)0603130404同組者郭金洋實(shí)驗(yàn)日期2015年12月5日指導(dǎo)教師黃繼武評(píng)分分評(píng)閱人評(píng)閱日期實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆誜射線衍射儀的工作原理、操作方法；掌握X射線衍射實(shí)驗(yàn)的樣品制備方法；學(xué)會(huì)X射線衍射實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置，獨(dú)立完成一個(gè)衍射實(shí)驗(yàn)測(cè)試；學(xué)會(huì)MDIJade6的根本操作方法；學(xué)會(huì)物相定性分析的原理和利用Jade進(jìn)行物相鑒定的方法；學(xué)會(huì)物相定量分析的原理和利用Jade進(jìn)行物相定量的方法。本實(shí)驗(yàn)由衍射儀操作、物相定性分析、物相定量分析三個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)組成，實(shí)驗(yàn)報(bào)告包含以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)原理1、X射線衍射儀〔1〕X射線管X射線管工作時(shí)陰極接負(fù)高壓，陽(yáng)極接地。燈絲附近裝有控制柵，使燈絲發(fā)出的熱電子在電場(chǎng)的作用下聚焦轟擊到靶面上。陽(yáng)極靶面上受電子束轟擊的焦點(diǎn)便成為X射線源，向四周發(fā)射X射線。在陽(yáng)極一端的金屬管壁上一般開(kāi)有四個(gè)射線出射窗口。轉(zhuǎn)靶X射線管采用機(jī)械泵+分子泵二級(jí)真空泵系統(tǒng)保持管內(nèi)真空度，陽(yáng)極以極快的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，使電子轟擊面不斷改變，即不斷改變發(fā)熱點(diǎn)，從而到達(dá)提高功率的目的。〔2〕測(cè)角儀系統(tǒng)測(cè)角儀圓中心是樣品臺(tái)，樣品臺(tái)可以繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，平板狀粉末多晶樣品安放在樣品臺(tái)上，樣品臺(tái)可圍繞垂直于圖面的中心軸旋轉(zhuǎn)；測(cè)角儀圓周上安裝有X射線輻射探測(cè)器，探測(cè)器亦可以繞中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；工作時(shí)，一般情況下試樣臺(tái)與探測(cè)器保持固定的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系〔即θ-2θ連動(dòng)〕，在特殊情況下也可分別轉(zhuǎn)動(dòng)；有的儀器中樣品臺(tái)不動(dòng)，而X射線發(fā)生器與探測(cè)器連動(dòng)。〔3〕衍射光路2、物相定性分析1〕每一物相具有其特有的特征衍射譜，沒(méi)有任何兩種物相的衍射譜是完全相同的。2)記錄物相的衍射譜，并保存為PDF文件。3)從PDF文件中檢索出與樣品衍射譜完全相同的物相。4)多相樣品的衍射譜是其中各相的衍射譜的簡(jiǎn)單疊加，互不干擾，檢索程序能從PDF文件中檢索出全部物相。3、物相定量分析物相定量分析——絕熱法在一個(gè)含有N個(gè)物相的多相體系中，每一個(gè)相的RIR值〔參比強(qiáng)度〕均為的情況下，測(cè)量出每一個(gè)相的衍射強(qiáng)度，可計(jì)算出其中所有相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：其中某相X的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可表示為：式中A表示N個(gè)相中被選定為內(nèi)標(biāo)相的物相名稱式中右邊是兩個(gè)物相X和A的RIR值，可以通過(guò)實(shí)測(cè)、計(jì)算或查找PDF卡片獲得。樣品中只含有兩相A和B，并選定A為內(nèi)標(biāo)物相，那么有：儀器與材料儀器：18KW轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀數(shù)據(jù)處理軟件：數(shù)據(jù)采集與處理終端與數(shù)據(jù)分析軟件MDIJade6實(shí)驗(yàn)材料：LiMnOSi樣品、CuO樣品、Co樣品實(shí)驗(yàn)步驟1測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)備樣品；翻開(kāi)X射線衍射儀；按下“Door”按鈕，聽(tīng)到報(bào)警；向右拉開(kāi)“常規(guī)衍射儀門”，裝好樣品；向左輕拉“常規(guī)衍射儀門”，使之合上；翻開(kāi)“控制測(cè)量”程序，輸入實(shí)驗(yàn)條件和樣品名，開(kāi)始測(cè)量；表1實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定：儀器掃描范圍掃描度電壓電流D/max2500型X射線衍射儀10-808°/min40KV250mA按相同的實(shí)驗(yàn)條件測(cè)量其它樣品的衍射數(shù)據(jù)。2物相鑒定翻開(kāi)Jade，讀入衍射數(shù)據(jù)文件；鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊S/M工具按鈕，進(jìn)入“Search/Match”對(duì)話界面;選擇“Chemistryfilter”，進(jìn)入元素限定對(duì)話框，選中樣品中的元素名稱，然后點(diǎn)擊OK返回對(duì)話框，再點(diǎn)擊OK；從物相匹配表中選中樣品中存在的物相。在所選定的物相名稱上雙擊鼠標(biāo)，顯示PDF卡片，按下Save按鈕，保存PDF卡片數(shù)據(jù)；在主要相鑒定完成后，對(duì)剩余未鑒定的衍射峰涂峰，做“Search/Match”，直至全部物相鑒定出來(lái)。鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊“打印機(jī)”圖標(biāo)，顯示打印結(jié)果，按下“Save”按鈕，輸出物相鑒定結(jié)果。以同樣的方法標(biāo)定其它樣品的物相,物相鑒定實(shí)驗(yàn)完成。3物相定量分析在Jade窗口中，翻開(kāi)一個(gè)多相樣品的衍射譜；完成多相樣品的物相鑒定，物相鑒定時(shí)，選擇有RIR值的PDF卡片；選擇每個(gè)物相的主要未重疊的衍射峰進(jìn)行擬合，求出衍射峰面積；選擇菜單“Options|EasyQuantitative”，按絕熱法計(jì)算樣品中兩相的重量百分?jǐn)?shù)；按下“Save”按鈕，保存定量分析結(jié)果，定量分析數(shù)據(jù)處理完成。計(jì)算公式:,五實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1物相鑒定結(jié)果說(shuō)明：樣品為含Li-Mn-O-Si元素的物質(zhì)，選擇Li、Mn、O和Si元素檢索得到Li(Li0.12Mn1.88)O4和Si相；說(shuō)明：樣品為含Cu-O元素的物質(zhì)，選擇Cu和O檢索，得到CuO、Cu和Cu2O相；說(shuō)明：樣品為含Co元素的物質(zhì)，選擇Co元素檢索，得到兩種不同結(jié)構(gòu)的Co相；2定量分析結(jié)果從圖中可看出Li(Li0.12Mn1.88)O4和Si的含量：Li(Li0.12Mn1.88)O4：Wt%=82.8%;Si:Wt%=17.2%。從圖中可看出CuO、Cu和Cu2O的含量：CuO：Wt%=79.9%;Cu:Wt%=6.3%;Cu2O:Wt%=13.8%。從圖中可看出Li(Li0.12Mn1.88)O4和Si的含量：第一種Co：Wt%=45.1%;第二種Co:Wt%=54.9%。3點(diǎn)陣常數(shù)精確測(cè)定結(jié)果六結(jié)果與討論本實(shí)驗(yàn)采用的X射線衍射儀是按著晶體對(duì)X射線衍射的幾何原理設(shè)計(jì)制造的衍射實(shí)驗(yàn)儀器。它的根本原理是布拉格方程2dsinθ=nλ,確定了一組相互對(duì)應(yīng)的θ和λ，就可以求出相應(yīng)的d值。X射線衍射儀根本組成包括：X射線發(fā)生器、衍射測(cè)角儀、輻射探測(cè)器、測(cè)量電路以及控制操作和運(yùn)行軟件的電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。測(cè)角儀是X射線衍射儀的核心組成局部。但是當(dāng)干預(yù)指數(shù)互質(zhì)時(shí)，干預(yù)面就代表一族真實(shí)的晶面。但是存在系統(tǒng)消光和結(jié)構(gòu)消光，并非所有滿足布拉格方程的干預(yù)面都有對(duì)應(yīng)的衍射條紋，比方金剛石型結(jié)構(gòu)屬于面心立方布拉菲點(diǎn)陣，但凡H、K、L為同性數(shù)的反射面均不能產(chǎn)生衍射線，其晶胞中有八個(gè)原子，分別屬于兩類等同點(diǎn)，比一般的面心立方結(jié)構(gòu)多出四個(gè)原子，因此存在附加的結(jié)構(gòu)消光條件。在衍射測(cè)量時(shí)，試樣繞測(cè)角儀中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷地改變?nèi)肷渚€與試樣外表的夾角θ，計(jì)數(shù)器沿測(cè)角儀圓運(yùn)動(dòng)，接收各衍射角2θ所對(duì)應(yīng)的衍射強(qiáng)度。根據(jù)需要，θ角和2θ角可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，也可以自動(dòng)匹配，使θ和2θ角以1:2的角速度聯(lián)合驅(qū)動(dòng)。測(cè)角儀的掃描儀的掃描范圍：正向〔逆時(shí)針零度以上〕2θ角可達(dá)165°；負(fù)向〔順時(shí)針零度以下〕2θ角可達(dá)-100°。2θ角測(cè)量的絕對(duì)精度0.02°，重復(fù)精度0.001°。衍射線積分強(qiáng)度公式：在考慮了原子熱振動(dòng)和試樣吸收對(duì)衍射線強(qiáng)度的影響之后，；衍射線的相對(duì)積分強(qiáng)度即用五個(gè)強(qiáng)度因子的乘積表示，；當(dāng)精確度要求不高時(shí)，可以認(rèn)為溫度因子和角度因子的作用大致可以相互抵消，在這種情況下，衍射線的相對(duì)積分強(qiáng)度可簡(jiǎn)化為，可以根據(jù)查閱手冊(cè)和資料對(duì)相應(yīng)的物質(zhì)運(yùn)用上述的公式進(jìn)行精細(xì)的計(jì)算。對(duì)單相或者復(fù)相物質(zhì)進(jìn)行定性分析：1、根據(jù)待測(cè)的衍射數(shù)據(jù)，得出三條強(qiáng)線的晶面間距值d1、d2、d3；2、根據(jù)dz值〔或者d2、d3〕，在數(shù)值索引中檢索適當(dāng)d組，找出與d1、d2、d3值復(fù)合較好的一些卡片；3、把待測(cè)相的三條強(qiáng)度的d值和I/I1值與這些卡片上各物質(zhì)的三強(qiáng)線d值和I/I1值相比擬，淘汰一些不符合的卡片，最后獲得與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一一吻合的卡片，卡片上所示物質(zhì)即為待測(cè)相，鑒定工作便告完成。對(duì)X射線定量相分析：在分析的根底上測(cè)定多相混合物中各相的含量，其理論根底是物相的衍射強(qiáng)度與該物相參加衍射的體積成正比。測(cè)定方法有內(nèi)標(biāo)法、K值法、絕熱法、直接比照法、無(wú)標(biāo)樣法等。不過(guò)在比照中會(huì)發(fā)現(xiàn)樣品的衍射圖譜中波峰較標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的波峰有偏移或者強(qiáng)度的些許偏差