XRD衍射儀法測(cè)定晶體課件

1、二 X射線衍射1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線后，認(rèn)為是一種波，但無法證明。2. 當(dāng)時(shí)晶體學(xué)家對(duì)晶體構(gòu)造（周期性）也沒有得到證明。 1912年勞厄?qū)射線用于CuSO4晶體衍射同時(shí)證明了這兩個(gè)問題,從此誕生了X射線晶體衍射學(xué)。布拉格定律的討論-（3） 干涉面為了使用方便， 常將布拉格公式改寫成。如令 ，則這樣由（hkl）晶面的n級(jí)反射，可以看成由面間距為的（HKL）晶面的1級(jí)反射，（hkl）與（HKL）面互相平行。不一定是晶體中的原子面，而是為了簡(jiǎn)化布拉格公式而引入的反射面，常將它稱為干涉面。 X射線衍射儀法 X射線衍射儀是廣泛使用的X射線衍射裝置。1913年布拉格父子設(shè)計(jì)的X射線衍射裝置是衍射儀的早

2、期雛形，經(jīng)過了近百年的演變發(fā)展，今天的衍射儀如下圖所示。X射線衍射儀X射線衍射儀的主要組成部分有X射線衍射發(fā)生裝置、測(cè)角儀、輻射探測(cè)器和測(cè)量系統(tǒng)，除主要組成部分外，還有計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等。X射線衍射發(fā)生裝置衍射儀中的光路布置 X射線經(jīng)線狀焦點(diǎn)S發(fā)出，為了限制X射線的發(fā)散，在照射路徑中加入S1梭拉光欄限制X射線在高度方向的發(fā)散，加入DS發(fā)散狹縫光欄限制X射線的照射寬度。試樣產(chǎn)生的衍射線也會(huì)發(fā)散，同樣在試樣到探測(cè)器的光路中也設(shè)置防散射光欄SS、梭拉光欄S2和接收狹縫光欄RS，這樣限制后僅讓聚焦照向探測(cè)器的衍射線進(jìn)入探測(cè)器，其余雜散射線均被光欄遮擋。 經(jīng)過二道光欄限制，入射X射線僅照射到試樣區(qū)域，試樣

3、以外均被光欄遮擋。探測(cè)器與記錄系統(tǒng) X射線衍射儀可用的輻射探測(cè)器有正比計(jì)數(shù)器、蓋革管、閃爍計(jì)數(shù)器、Si（Li）半導(dǎo)體探測(cè)器、位敏探測(cè)器等，其中常用的是正比計(jì)數(shù)器和閃爍計(jì)數(shù)器。衍射圖譜 一張衍射圖譜上衍射線的位置僅和原子排列周期性有關(guān) 強(qiáng)度則決定于原子種類、數(shù)量、相對(duì)位置等性質(zhì) 衍射線的位置和強(qiáng)度就完整地反映了晶體結(jié)構(gòu)的二個(gè)特征，從而成為辨別物相的依據(jù)實(shí)驗(yàn)條件選擇 （一）試樣衍射儀用試樣不同于德拜照相法的試樣。衍射儀的試樣是平板狀，具體外形見下圖。實(shí)驗(yàn)條件選擇 （一）試樣衍射儀試樣可以是金屬、非金屬的塊狀、片狀或各種粉末。對(duì)于塊狀、片狀試樣可以用粘接劑將其固定在試樣框架上，并保持一個(gè)平面與框架平

4、面平行；粉末試樣用粘接劑調(diào)和后填入試樣架凹槽中，使粉末表面刮平與框架平面一致。試樣對(duì)晶粒大小、試樣厚度、擇優(yōu)取向、應(yīng)力狀態(tài)和試樣表面平整度等都有一定要求。 衍射儀用試樣晶粒大小要適宜，在1m-5m左右最佳。粉末粒度也要在這個(gè)范圍內(nèi)，一般要求能通過325目的篩子為合適。試樣的厚度也有一個(gè)最佳值，大小為：實(shí)驗(yàn)條件選擇 （二）實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇防散射光欄與接收光欄應(yīng)同步選擇。選擇寬的狹縫可以獲得高的X射線衍射強(qiáng)度，但分辨率要降低；若希望提高分辨率則應(yīng)選擇小的狹縫寬度。掃描速度是指探測(cè)器在測(cè)角儀圓周上均勻轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。掃描速度對(duì)衍射結(jié)果的影響與時(shí)間常數(shù)類似，掃描速度越快，衍射線強(qiáng)度下降，衍射峰向掃描方向偏移

5、，分辨率下降，一些弱峰會(huì)被掩蓋而丟失。但過低的掃描速度也是不實(shí)際的。 (一）X射線物相分析 材料或物質(zhì)的組成包括兩部分： 一是確定材料的組成元素及其含量； 二是確定這些元素的存在狀態(tài)，即是什么物相。材料由哪些元素組成的分析工作可以通過化學(xué)分析、光譜分析、X射線熒光分析等方法來實(shí)現(xiàn)，這些工作稱之成份分析。材料由哪些物相構(gòu)成可以通過X射線衍射分析加以確定，這些工作稱之物相分析或結(jié)構(gòu)分析。 四 X射線衍射方法的實(shí)際應(yīng)用 X射線物相定性分析原理X射線物相分析是以晶體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過比較晶體衍射花樣來進(jìn)行分析的。對(duì)于晶體物質(zhì)中來說，各種物質(zhì)都有自己特定的結(jié)構(gòu)參數(shù)（點(diǎn)陣類型、晶胞大小、晶胞中原子或分子的數(shù)

6、目、位置等），結(jié)構(gòu)參數(shù)不同則X射線衍射花樣也就各不相同，所以通過比較X射線衍射花樣可區(qū)分出不同的物質(zhì)。當(dāng)多種物質(zhì)同時(shí)衍射時(shí)，其衍射花樣也是各種物質(zhì)自身衍射花樣的機(jī)械疊加。它們互不干擾，相互獨(dú)立，逐一比較就可以在重疊的衍射花樣中剝離出各自的衍射花樣，分析標(biāo)定后即可鑒別出各自物相。由照片判斷非晶無取向 彌散環(huán)非晶取向 赤道線上的彌散斑 結(jié)晶無取向 有系列同心銳環(huán)結(jié)晶取向 有系列對(duì)稱弧結(jié)晶高度取向 對(duì)稱斑點(diǎn) 定性判斷結(jié)晶與取向 由衍射儀判斷“寬隆”峰：表明無定形“尖銳“峰：表明存在結(jié)晶或近晶X射線物相定性分析原理目前已知的晶體物質(zhì)已有成千上萬種。事先在一定的規(guī)范條件下對(duì)所有已知的晶體物質(zhì)進(jìn)行X射線衍

7、射，獲得一套所有晶體物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)X射線衍射花樣圖譜，建立成數(shù)據(jù)庫。當(dāng)對(duì)某種材料進(jìn)行物相分析時(shí)，只要將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)衍射花樣圖譜進(jìn)行比對(duì)，就可以確定材料的物相。X射線衍射物相分析工作就變成了簡(jiǎn)單的圖譜對(duì)照工作。X射線物相定性分析1938年由Hanawalt提出，公布了上千種物質(zhì)的X射線衍射花樣，并將其分類，給出每種物質(zhì)三條最強(qiáng)線的面間距索引（稱為Hanawalt索引）。1941年美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)（The American Society for Testing Materials，簡(jiǎn)稱ASTM）提出推廣，將每種物質(zhì)的面間距d和相對(duì)強(qiáng)度I/I1及其他一些數(shù)據(jù)以卡片形式出版（稱ASTM卡），公布了1300種物質(zhì)的衍射數(shù)據(jù)。以后，ASTM卡片逐年增添。粉末衍射卡的組成粉末衍射卡（簡(jiǎn)稱ASTM或PDF卡）卡片的形式如圖所示b.區(qū)別同種結(jié)晶性化合物的不同晶型例：等規(guī)聚丙烯IPP（單斜晶