本科：晶體X射線衍射實驗報告(參考格式).

1、中 南 大 學(xué)X射線衍射實驗報告材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)1304班級姓 名王浩吉學(xué)號0603130404同組者郭金洋實驗日期2015年12月5日指導(dǎo)教師黃繼武評分分評閱人評閱日期一、 實驗?zāi)康?) 掌握X射線衍射儀的工作原理、操作方法；2) 掌握X射線衍射實驗的樣品制備方法；3) 學(xué)會X射線衍射實驗方法、實驗參數(shù)設(shè)置，獨(dú)立完成一個衍射實驗測試；4) 學(xué)會MDI Jade 6的基本操作方法；5) 學(xué)會物相定性分析的原理和利用Jade進(jìn)行物相鑒定的方法；6) 學(xué)會物相定量分析的原理和利用Jade進(jìn)行物相定量的方法。本實驗由衍射儀操作、物相定性分析、物相定量分析三個獨(dú)立的實驗組成，實驗報

2、告包含以上三個實驗內(nèi)容。二、 實驗原理1、X射線衍射儀 （1）X射線管 X射線管工作時陰極接負(fù)高壓，陽極接地。燈絲附近裝有控制柵，使燈絲發(fā)出的熱電子在電場的作用下聚焦轟擊到靶面上。陽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。在陽極一端的金屬管壁上一般開有四個射線出射窗口。轉(zhuǎn)靶X射線管采用機(jī)械泵+分子泵二級真空泵系統(tǒng)保持管內(nèi)真空度，陽極以極快的速度轉(zhuǎn)動，使電子轟擊面不斷改變，即不斷改變發(fā)熱點(diǎn)，從而達(dá)到提高功率的目的。 （2）測角儀系統(tǒng) 測角儀圓中心是樣品臺，樣品臺可以繞中心軸轉(zhuǎn)動，平板狀粉末多晶樣品安放在樣品臺上，樣品臺可圍繞垂直于圖面的中心軸旋轉(zhuǎn)；測角儀圓周上安裝有X射線輻射

3、探測器，探測器亦可以繞中心軸線轉(zhuǎn)動；工作時，一般情況下試樣臺與探測器保持固定的轉(zhuǎn)動關(guān)系（即-2連動），在特殊情況下也可分別轉(zhuǎn)動；有的儀器中樣品臺不動，而X射線發(fā)生器與探測器連動。 （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，沒有任何兩種物相的衍射譜是完全相同的。 2) 記錄已知物相的衍射譜，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 在一個含有N個物相的多相體系中，每一個相的RIR值（參比強(qiáng)度）均

4、為已知的情況下，測量出每一個相的衍射強(qiáng)度，可計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個相中被選定為內(nèi)標(biāo)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。 樣品中只含有兩相A和B，并選定A為內(nèi)標(biāo)物相，則有：三、 儀器與材料1) 儀器：18KW轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀2) 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MDI Jade 63) 實驗材料：LiMnOSi樣品、CuO樣品、Co樣品四、 實驗步驟1 測量數(shù)據(jù)1) 準(zhǔn)備樣品；2) 打開X射線衍射儀；3) 按下“Door”按鈕，聽到報警；4) 向右拉開“常規(guī)衍射儀門”，裝好

5、樣品；5) 向左輕拉“常規(guī)衍射儀門”，使之合上；6) 打開“控制測量”程序，輸入實驗條件和樣品名，開始測量；表1 實驗參數(shù)設(shè)定：儀器掃描范圍掃描度電壓電流D/max 2500型X射線衍射儀10-808°/min 40KV250mA7) 按相同的實驗條件測量其它樣品的衍射數(shù)據(jù)。2 物相鑒定1) 打開Jade，讀入衍射數(shù)據(jù)文件；2) 鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊S/M工具按鈕，進(jìn)入“Search/Match”對話界面;3) 選擇“Chemistry filter”，進(jìn)入元素限定對話框，選中樣品中的元素名稱，然后點(diǎn)擊OK返回對話框，再點(diǎn)擊OK；4) 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

6、雙擊鼠標(biāo)，顯示PDF卡片，按下Save按鈕，保存PDF卡片數(shù)據(jù)；5) 在主要相鑒定完成后，對剩余未鑒定的衍射峰涂峰，做“Search/Match”，直至全部物相鑒定出來。6) 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。7) 以同樣的方法標(biāo)定其它樣品的物相,物相鑒定實驗完成。3 物相定量分析1) 在Jade窗口中，打開一個多相樣品的衍射譜；2) 完成多相樣品的物相鑒定，物相鑒定時，選擇有RIR值的PDF卡片；3) 選擇每個物相的主要未重疊的衍射峰進(jìn)行擬合，求出衍射峰面積；4) 選擇菜單“Options|Easy Quantitative”，按絕熱法計算樣品

7、中兩相的重量百分?jǐn)?shù)；5) 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。計算公式: , 五 實驗數(shù)據(jù)處理1 物相鑒定結(jié)果 說明：已知樣品為含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；說明：已知樣品為含Cu-O元素的物質(zhì)，選擇Cu和O檢索，得到CuO、Cu和Cu2O 相；說明：已知樣品為含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%。

8、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)精確測定結(jié)果六 結(jié)果與討論本實驗采用的X射線衍射儀是按著晶體對X射線衍射的幾何原理設(shè)計制造的衍射實驗儀器。它的基本原理是布拉格方程2dsin=n,確定了一組相互對應(yīng)的和，就可以求出相應(yīng)的d值。X射線衍射儀基本組成包括：X射線發(fā)生器、衍射測角儀、輻射探測器、測量電路以及控制操作和運(yùn)行軟件的電子計算機(jī)系統(tǒng)。測角儀是X射線衍射儀的核心

9、組成部分。但是當(dāng)干涉指數(shù)互質(zhì)時，干涉面就代表一族真實的晶面。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涉面都有對應(yīng)的衍射條紋，比如金剛石型結(jié)構(gòu)屬于面心立方布拉菲點(diǎn)陣，凡是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)多出四個原子，因此存在附加的結(jié)構(gòu)消光條件。在衍射測量時，試樣繞測角儀中心軸轉(zhuǎn)動，不斷地改變?nèi)肷渚€與試樣表面的夾角，計數(shù)器沿測角儀圓運(yùn)動，接收各衍射角2所對應(yīng)的衍射強(qiáng)度。根據(jù)需要，角和2角可以單獨(dú)驅(qū)動，也可以自動匹配，使和2角以1:2的角速度聯(lián)合驅(qū)動。測角儀的掃描儀的掃描范圍：正向（逆時針零度以上）2角可達(dá)165&

10、#176;；負(fù)向（順時針零度以下）2角可達(dá)-100°。2角測量的絕對精度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和試樣吸收對衍射線強(qiáng)度的影響之后，；衍射線的相對積分強(qiáng)度即用五個強(qiáng)度因子的乘積表示，；當(dāng)精確度要求不高時，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，衍射線的相對積分強(qiáng)度可簡化為，可以根據(jù)查閱手冊和資料對相應(yīng)的物質(zhì)運(yùn)用上述的公式進(jìn)行精細(xì)的計算。對單相或者復(fù)相物質(zhì)進(jìn)行定性分析：1、根據(jù)待測的衍射數(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值相比較，淘汰一些不符合的卡片，最后獲得與實驗數(shù)據(jù)一一吻合的卡片，卡片上所示物質(zhì)即為待測相，鑒定工作便告完成。對X射線定量相分析：在分析的基礎(chǔ)上測定多相混合物中各相的含量，其理論基礎(chǔ)是物相的衍射強(qiáng)度與該物相參加衍射的體積成正比。測定方法有內(nèi)標(biāo)法、K值法、絕熱法、直接對比法、無標(biāo)樣法等。不過在對比中會發(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