xRD晶粒尺寸分析

1、XRD晶粒尺寸分析注：晶粒尺寸和晶面间距不同计算晶粒大小：谢乐公式：D=k入/ 3 cos 0D 垂直于反射晶面（hkl ）的晶粒平均粒度 D是晶粒大小3 -（弧度）为该晶面衍射峰值半高宽的宽化程度K谢乐常数，取决于结晶形状，常取0.890 -衍射角入-入射X射线波长（？）计算晶面间距：布拉格方程：2dsin 0 =n入 d是晶面间距。此文档是用XRD软件来分析晶粒尺寸，用拟合的办法，而不是用谢乐公式很多人都想算算粒径有多大。其实，我们专业的术语不叫粒径，而叫“亚晶尺寸”，它表征的并不是一个颗粒的直径。A这么说吧，粉末由很多“颗粒”组成，每个颗粒由很多个“晶粒”聚集而成，一个晶粒由很多个“单胞

2、”拼接组成。X射线测得的晶块尺寸是指衍射面指数方向上的尺寸，如果这个方向上有M个单胞，而且这个方向上的晶面间距为d,则测得的尺寸就是 Md。如果某个方向（HKL）的单胞数为N，晶面间距为di,那么这个方向的尺寸就是 Nd 1。由此可见，通过不同的衍射面测得的晶块尺寸是不一定相同的。B如果这个晶粒是一个完整的，没有缺陷的晶粒，可以将其视为一个测试单位，但是，如果这个晶粒有缺陷，那它就不是一个测试单位了，由缺陷分开的各个单位称为“亚晶”。比如说吧，如果一个晶粒由两个通过亚晶界的小晶粒组成（称为亚晶），那么，测得的就不是这个晶粒的尺寸而是亚晶的尺寸了。C为什么那么多人喜欢抛开专业的解释而用“粒径”这

3、个词呢？都是“纳米材料”惹的祸。纳米晶粒本来就很小，一 般可以认为一个纳米晶粒中不再存在亚晶，而是一个完整的晶粒， 因此，亚晶尺寸这个术语就被套用到纳米晶粒 的“粒径”上来了。实际上，国家对于纳米材料的粒径及粒径分布的表征是有标准的，需要用“小角散射”方法来测 量。比如，北京钢铁研究总院做这个就做了很长时间。但是呢，一则，做小角散射的地方还不多，做起来也特别麻烦（现在好一些了，特别是对光能自动一些了），所以，很少有人去做，而且，用衍射峰宽计算出来的“粒径”总是那么小，何乐而不为呢？我私下地觉得吧，这些人在偷换概念。久而久之，大家也就接受了。为了这个事吧，有些人就问了，既然做出来的纳米材料的“粒

4、径”是这么小，那么有没有办法在做SEM或TEM时将团聚在一起的小晶粒分开呢？确实分不开，分得开的是一个个的晶粒，分不开的是亚晶。D至于为什么通过衍射峰宽测出来的“粒径”为什么总是那么小，还有一个原因。实际上吧，使衍射峰变宽的原因 可能有两个，一是晶粒变小了，另一个原因是晶粒内部存在“微观应变”。打个比方吧，甲乙两个人同时做一件事，结果把功劳算到甲一个人头上，当然这个人的功劳就大了（功劳大就峰宽，峰越宽晶粒就越细）。有时候发现，有个别人在有意无意地避口不谈乙的功劳。E为什么允许将亚晶尺寸称为“粒径”呢？称为径，必假定晶粒为“球形”，从而假定了不论从哪个晶面去测都会是 相同的，即忽略了 A所说的那

5、种差别。事实上，这种不同方向的尺寸差异在很多情况下确实可以忽略。但是， 也有一些特殊情况是不可以的。下面我们再谈。注意这两个假定，这就是为什么很多人都说，XRD测出来的粒径不可靠，总是小于SEM和TEM量出来的值。因为概念都不相同，它们怎么可能相同呢？既然大家都说是粒径，那么要怎么样来算粒径呢？我们先来看一个简单的问题。怎么做拟合？我们并不需要对所有的峰都做拟合，也不能用“全谱自动拟合”，正确的方法是做单峰拟合。0007 FBW|,£ri.fl旱203040'50SO7080冲JLiTwo-Theta ldeg)当晶粒细化时，衍射峰就会变宽，随之而来的是强度降低，峰就不那么好

6、看了，做拟合时有三点要注意:1）并不需要选择全部的峰来参与计算，如果某个峰长得不好，宁可不要这个峰的数据； 2）做单峰拟合，有的同学不管三七二十一，一个拟合按钮按下去，自动去算吧，结果当然是错误的;3）如果有重叠峰，可以先将重叠峰分离，但最后最好将其去掉，软件自动分解重叠峰的效果可能并不是令人满 意的。这里，拟合分作两段，只用到六个峰。特别是一些背底不平的情况，尤其要如此。V旦 Cur r ent Frof i J c ParaHet cRcfincHcnt Qpt idhj WOT.Paiairarter Eefirg匚 Idi Profile ItlVaMat la Ftrfiw PP J

7、Jhpla R FWHM p Shgpv fJ SkwLrwSlple 吗*J RIS4ple三 克逵! fn 丨 lu nrMT廿和血Vanabie-: £ 口胡叩; r FWHiMF &h«wr Skewr FISW F FHCoiv 厂 Lrie Slyte 2 Thfit*|4m) | CehbadlH如AdtM如空 j Shtat f 录并RmHM 1 BiMdth 1巨5Irgni： ' FWWl F Biwdlh 厂 厂 Ude f SO VAle?厂 Cenlwis -> PeflfcISGIOOIQI i 37.11310.005!.

8、J 31,47410 mIE5.9阳 |0l 3.927 Q 013( aeorotni)0,30(0000080.24204 0.00007 (128401 (0 0001 0.14147(0.000030.1523 (OQQ0O&1 011 §386(030016452M337.10731*93SS.S7459.923951122«(5| 163?413681B77 |8| W900 巧76C4J616470151凸5R|93(2128351 1«7>29020396 13614 riz)6W7I265)296 11D0.0527S2933912

9、11 139p 1.D06p a 9100 t564p022?OLD卫 |0 015 0 014 <11000.328 0.0101 aaesfooui 0.973(0l013| 1 117(0022)1 289(00411®125213591351K0160210H|a in指的是晶粒尺寸breadth尺寸相差不大每一个峰都会计算出一个舸jyiPteHw EtkmPhjIHK | g却 OiwFhw* | 厂 SwPhaKr -2252s Spnj-CoflCO* _ mTm¥Aji Tg4M61Gn H Him ID 讯卩為滋 Cry旳Xp ¥ RbEE

10、'f【口 gl F* 1Q 啄 R Fh列网打怕晶粒尺寸值，角度不同，使用的衍射晶面也不同0007 FBW0007 FBW看看拟合结果，每个晶面计算出来的晶粒尺寸差不了多少，说明:1）确实不存在微应变;2）晶粒基本上是球形。既然这样，那么计算粒径的时候只要一个峰不是也差不离吗？确实是这样的，如果能假定样品中不存在微观应变,用一个低角度的峰来计算晶粒尺寸就可以了，没有必要用很多峰，很多峰算出来不就是“平均粒径”吗？按下上面那个窗口中的“ Size & Strain ”按钮，弹出上面的窗口，发现这些数据点基本上落在一条水平线上，那么选择Size Only ”得到了 “平均粒径”我们

11、再来玩玩这个样品。将这个样品做一点处理，比如加热烧一会，会得到怎么样的衍射谱呢?405060诒 i deg)70OOOS raw|80这个图比上面那个图好看多了，为什么呢？因为峰明显变窄了，窄了也就高了，高了也就掩盖误差了。 注意，尽管这个图长得这么好，我们还是做单峰拟合，不厌其烦地，任劳任怨地一个峰一个峰地做拟合。=?1 Current Prof ile Paraaeters A Kef menemt Opt iflns nOOfl. r帥 | S*M? I R*i<w I 饷 I S* I M I EE I £|W | f 副 tT 耀lit) E勇J1u5955;a777

12、3784£ 口口口口r -|1 in j 1 ij . n:Efftuate Crrvt allite Size i St rain fxoi Fealk Braa. . |t |S |pX|Qcjtt Pfi« | S*e |= pi Sie/Slw 上r owun JIT出面-±Pjjr yneiff Slirtg- fgi ?T曽曲 H10 U-WimIUnilyVtfiiabifl- & Displ咼t：J1 rYiJUbjlI Lii 产 i一Ln SlyrcosOhe间|snriw-it.i!E-i2-i,0 228SiiiiThola)066

13、1Size & Strain112 0 5 2 5 4 2 3 円27?和巧？:跖屮方卫4551331233提202527篱A.isign P血冋对"3§.口4打5i站叫剧=DOOP勒 E专DofF2Q00012 IX“.却 加血卅弐T dal Am* 142335 (S2SJ) Am* 1.31111* 1 Cry*i® * 寸 Rvflduji Eiw dt FI»181963! 10 RpqHk tnd SZ VariaMn to Rfint有点意思了，看看XS下面的数据，从衍射角由低到高的顺序，XS值是由大到小（除了最后两个例外）。点下S

14、ize& Strain ”看看，这些数据点落在一条斜线上。而且还不过原点。在纵坐标上的截距大于0,这就说明，这个峰变宽，有你的一半也有我的一半。计算的结果可以从图上看得清（吧？） 那么，最后两个点，为什么会突然变大了呢？都是重叠峰惹的祸。注意，上面的谱图可以清楚看到，最后两个点 的数据是分离重叠峰得到的。怎么办呢？去掉呀，在图上的红点上用鼠标点一下，红点就消失了，这个数据点被舍弃。如果舍弃一个点还不满 足，干脆再去掉一个点吧。没什么大不了的。个别的时候，也需要选择“ Strain only :这时，数据点的特征是：1 ）在一条斜线上；2）斜线过原点，甚至截距为负数（总不可能弄个负的晶粒

15、尺寸吧？）注意了，这么计算粒径时是有假定的，即晶粒（或者亚晶）是“球形”，至少是近似球形吧。也有个别的时候它就一个球。你还去套用这个方法，肯定就是你的错误了。这时候往往会得出这样的结论：1）晶粒尺寸是负的；2 ）或者微观应变是负的。别说我是瞎扯，我就发现过已经发表的论文中的数据说微观应变是负数。所谓微观应变是指“晶粒内部晶面间距 相对于原始尺寸的变化起伏”，不可能伏下去就不起来了。出现这种现象，可能的原因是：1）你的数据做得实在太差了，延长点扫描时间来做，多花点米米（心痛）好不好。2）晶粒形状确实不是个“球”，哪怕是个混球!你说，这个图谱，不同的峰宽明显不同，而且还似乎没有规律，你还按球形来做，那么，真是扯球了。对付这种问题，还是有办法的，既然不同方向的尺寸不同，那么同一方向的总相同吧，所以，选择相同方向的不同级指数来做角析