射线衍射方法的应用.ppt

关于射线衍射方法的应用
第1页，讲稿共77张，创作于星期日
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晶体学基本知识
X射线衍射原理
X射线衍射分析方法
X射线物相分析
X射线衍射分析方法的应用
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X射线衍射分析方法未经精确校准。
零点偏差：接收器零点误差，此误差是恒定的；
测角器刻度误差：固有机械误差；
这两项误差所导致的△2θ，º，若采用光学方法校正，º。
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精确测定多晶体点阵常数的误差原因
试样误差：
试样平板状，与聚焦园不能重合而散焦；
试样表面与衍射仪轴不重合（偏离s）；
试样对X射线有一定透明度，使X射线穿透加深，试样内部深处晶面参与反射，相当于试样偏离衍射仪轴。
高角度
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精确测定多晶体点阵常数的误差原因
X射线误差：入射线色散和角因子的作用使线形不对称、射线发散等。
测试方法误差：连续扫描时，扫描速度、记录仪时间常数、记录仪角度标记能造成衍射角位移。
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纳米材料晶粒尺寸的测定
小的晶粒尺寸往往导致晶面间距的不确定性，引起衍射圆锥的发散，从而使衍射峰形加宽。
薄膜的平均晶粒尺寸D可用Scherrer公式进行估算：
其中K为常数，，，β是薄膜衍射峰的物理宽化，以弧度为单位。
适用范围：金属材料，1－100nm
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仪器宽化的校正
薄膜的实际XRD衍射峰半高宽B（FWHM）是由物理宽化β和仪器宽化b卷积合成的：
其中，g(x)代表几何线形，f(x)代表了物理结构线形。物理宽化是由于晶粒细化等因素引起的，仪器宽化则是由于X射线的不平行性、试样的吸收和光阑尺寸等仪器因素造成的。
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仪器宽化的校正
我们可以通过近似函数的方法，在仪器宽化b和被测试样衍射峰半高宽B已知的情况下，分离出物理加宽β。
g(x)和f(x)的近似函数都取柯西函数：

β＝B-b。
仪器宽化b在测试用的X射线衍射仪上（相同实验条件下）%的无晶格畸变的高纯多晶硅标样测得，结果见下表：
2θ/°







b/°







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晶粒尺寸测量的衍生
根据晶粒大小还可以计算出晶胞的堆垛层数。根据Ndhkl＝Dhkl，dhkl为(hkl)面的晶面间距。
根据晶粒大小，还可以计算纳米粉体的比表面积。当已知纳米材料的晶体密度ρ和晶粒大小，就可以利用公式ｓ＝6/ρD进行比表面积计算 。
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晶格畸变及衍射线形分析
对衍射线峰形产生影响的因素：
波长的不确定性，主要指Kα1和Kα2双线，导致的衍射峰宽化程度可以由下式得到：
对低角度影响不大，能造成高角度衍射峰分离
晶粒尺寸纳米化
仪器及样品安放
微观应力、晶格畸变
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晶格畸变的测定
晶粒尺寸范围内的微观应力或晶格畸变，能导致晶面间距发生对称性改变，进而导致衍射角的相应变化：
半高宽的变化为4△θ
由Bragg微分方程得到：
只要从实验测量的衍射线得到其半高宽的宽化，就可通过上式计算出晶格畸变量或者微观应力。
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多晶体择优取向的测定
多晶体试样由许多晶粒组成，就其晶粒取向分布而言，可以分为两种情况：一种是取向分布呈完全无序状态；另一种是取向分布偏离完全无序分布状态，呈现某种择优分布趋势，称为具有择优取向。具有择优取向的结构状态称为织构。
天然和人工的多晶体很少有完全无序分布的，绝大多数都不同程度存在取向结构。
择优取向的形成使材料的物理性能和力学性能表现出各向异性。如果使磁性晶体形成沿磁性方向的强烈择优取向，可以大幅度提高磁学性能，具有重要的实际应用意义。
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多晶体择优取向举例
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晶体结晶度的测定
X射线衍射分析主要应用于结晶物质，物质结晶度直接影响着衍射线的强度和形状。
结晶度即结晶的完整程度，结晶完整的晶体，晶粒较大，内部质点排列比较规则，衍射线强、尖锐而且对称，衍射峰半高宽接近仪器测量宽度，即仪器本身的自然