晶胞參數PPT課件

1、點陣常數是晶體物質的重要參數，晶體材料中原子鍵合力、密度、固溶體類型、固溶度及宏觀應力、固態(tài)相變、熱膨脹系數等，都與點陣常數的變化密切相關。通過點陣常數的變化可揭示這些問題的本質和變化規(guī)律。點陣常數是材料物理性能的表征方法變化特點這類變化通常僅在10-3nm數量級下，通常的測量條件下，這種微小的變化被實驗誤差所掩蓋。因此，必須對點陣常數進行精確測定。第1頁/共41頁01002003004005000.4050.4060.4070.4080.4090.4100.4110.412 a/nmTemperature/相變導致晶格常數不隨溫度成線性關系第2頁/共41頁第3頁/共41頁(a=b=c,=90

2、),有：在已知晶體結構的情況下，通過任何一個衍射峰的位置(或d值)就可以計算出晶體的點陣常數 。不同晶系結構的晶胞參數變量個數不同，需要的衍射峰數目不相同。222sin2LKHa立方晶系第4頁/共41頁3sin22KHKHa3sin2Kc六方和四方晶系（選擇HK0線條計算）(選擇00L線條計算)第5頁/共41頁)(2sin22222222cLbKaH斜方晶系 分別選擇H00，0K0，00L型衍射線計算a,b,c，第6頁/共41頁iiA)2()2(測角儀機械零點誤差機械零點誤差是點陣常數測量誤差的主要來源2/ 驅動匹配誤差第7頁/共41頁晶胞中總原子量晶胞中的電子總數物質密度2610702. 2

3、)sin1 (sin22d計數測量系統(tǒng)滯后誤差現代X射線衍射儀由于使用計算機采集數據，基本上不存在這種誤差 折射校正X射線在空氣中的折射率非常接近1，當點陣常數變化在10-5數量級時，需要進行校正，校正公式為：對于立方晶系，a校=a測（1+），其中第8頁/共41頁當實驗溫度不在25時，需要進行溫度校正。這是由于在晶體點陣中原子中心相對點陣結點在各個方向有熱振動位置偏移,當X射線入射晶體而對布喇格公式加以溫度校正.公式為:a校=a測1+(25-T測)晶體膨脹系數 零點與某衍射線峰位隨溫度的變化 溫度校正第9頁/共41頁R22sin2由于樣品吸收誤差校正X射線具有一定的穿透能力，內層物質參與衍射，

4、使衍射線位移線吸收系數，R：測角儀半徑第10頁/共41頁sin12sin12cos2222212ddX射線束水平發(fā)散及垂直發(fā)散引起的誤差校正由于參與衍射的X射線不是完全平行的射線，由于水平方向和垂直方向發(fā)散導致的誤差可表示為：式中:為X射線束水平發(fā)散角;1、2為入射線和衍射線光路上的有效軸向發(fā)散角（梭拉光闌片間距/沿光路方向的片長）第11頁/共41頁 布喇格角測量誤差 式中:M為衍射線條位置角處測量偏離值MMaacot2第12頁/共41頁對布拉格公式兩邊微分，可得：面間距的測量誤差與衍射角的測量誤差、衍射角正切，以及面間距d本身三者都成正比。對于立方晶系來說，點陣常數的測量誤差與衍射角之間存在

5、如下的關系：衍射角越大，衍射角的正切越小，測量誤差相應減小精確測量點陣常數時應當選用高衍射角的衍射線 ddcotcotaa第13頁/共41頁測量標準樣品的衍射譜通過線對法校正儀器的零點和樣品位移測量樣品的衍射譜以PDF卡片數據或指標化結果為模型,按最小二乘法修正計算誤差對未知相指標化計算得到扣除誤差的晶胞參數: a, b, c, , 用標準樣品校正儀器的零點在樣品中混入標準物質檢索樣品中的物相測量混合物的衍射譜用標準物質衍射譜校正儀器的零點和樣品位移測量樣品的衍射譜外標法內標法線對法第14頁/共41頁內標法就是將標準物質直接加入到被測樣品中，可以直接消除儀器零點誤差和樣品離軸誤差這兩種主要誤差

6、。缺點: 當樣品存在多種物相或者樣品本身的衍射峰較多時，再加入標準物質必然增加譜線重疊，準確分峰存在困難。 內標法原理第15頁/共41頁 內標法應用實例實例1 用內標法精確計算TiO2的晶胞參數1) 在TiO2粉末樣品中加入標準Si粉；2) 掃描樣品的全譜；3) 確定物相；4) 按內標法精確計算TiO2 的晶胞參數。第16頁/共41頁Step1: 讀入測量數據，并確定物相，選擇硅相時，選擇SYS，晶胞參數為5.431第17頁/共41頁Step2: 觀察TiO2的原始晶胞參數第18頁/共41頁Step3: 不校正時，計算晶胞參數第19頁/共41頁Step4: 選擇精修相為銳鈦礦，內標相為Si。計

7、算TiO2的晶胞參數第20頁/共41頁Step5: 制作分析報告10：01：內標法精胞參數精修第21頁/共41頁 外標法就是測量標準物質的全譜，通過這個全譜建立起一個函數： i=0,1N， 其中Ai為常系數。 將這個函數保存成數據處理軟件的一個參數文件，那么在讀入一個樣品測量譜圖時，可以使用這個函數來校正儀器誤差。顯然，外標法是為了/2匹配誤差而做的校正。iiA)2()2(2 外標法原理第22頁/共41頁 外標法應用實例用外標法精確計算TiO2的晶胞參數1) 掃描一個標準物質的圖譜，完成物相分析，并保存成一個項目文件(PDS)；2) 掃描TiO2粉末樣品的圖譜；3) 確定樣品的物相組成；4)

8、按外標法精確計算TiO2 的晶胞參數。第23頁/共41頁Step 1: 讀入標準物質的圖譜1 標準圖譜準備在測量樣品圖譜前，先測量一個標準物質的圖譜，并作數據處理后保存?zhèn)溆?。?4頁/共41頁Step 2: 進行基本數據處理第25頁/共41頁Step 3: 讀入CIF文件作為物相的結構，并選為侯選晶相第26頁/共41頁Srep 4: 保存標準物質的分析結果為外標項目文件(PDS)標準圖譜準備完成以后凡儀器參數未改變前，此PDS文件一直可以使用。第27頁/共41頁Step 1: 讀入待測樣品的圖譜2 樣品分析樣品測量時，不再加入標準物質。第28頁/共41頁Step 2: 進行物相分析第29頁/共

9、41頁Step 3: 觀察原始晶胞參數第30頁/共41頁Step 4: 讀入外標物質項目文件為“角度校正標準”第31頁/共41頁Step 5: 按外標法，再按下Refine和Set第32頁/共41頁Step 6: 制作分析報告10：02：外標法精胞參數精修第33頁/共41頁用外標法精確計算一個四相混合物中各相的晶胞參數(標準圖譜項目文件已做好)1) 掃描樣品的圖譜；2) 確定樣品的各個物相；3) 讀入外標文件PSD4) 按外標法分別精確計算各個相的晶胞參數。第34頁/共41頁Step 1: 讀入樣品的衍射譜圖，并分析出4種物相第35頁/共41頁Step 2: 在數據集管理中，選擇標準物質的項目

10、文件第36頁/共41頁Step 3: 選擇外標法，在目標相位置處選擇不同的精修目標精修第37頁/共41頁Step 4: 全部物相精修完成后，制作分析報告，分析報告中包含全部物相的精修結果10：03：4相混合物：內標法精胞參數精修每個物相都要做一遍晶胞修正。第38頁/共41頁1.如果樣品中存在多個物相，可以分別計算各個物相的點陣常數。2.外標法只能去除儀器零點誤差，但不可以去除制樣引起的“樣品表面離軸誤差”。在實際制樣過程中，特別是粉末樣品的制備過程中，樣品表面或多或少會高出或者低于樣品架表面。這種誤差在外標法中需要嚴格控制。一般認為粉體樣品使用內標法校正角度更加精確。3.這種計算實際上是以指定的物相衍射數據(PDF卡片)為模型，進行最小二乘法優(yōu)化處理的。是不涉及晶體結構的。第39頁/共41頁4.精修的精度主要依賴于儀器硬件的精度