X射线的多晶衍射分析及其应用

1、第5 5章 X X射线的多晶衍射分析及其应用照相法照相法衍射衍射仪法仪法X射射线线衍衍射射分分析析单晶衍射分析单晶衍射分析多晶衍射分析多晶衍射分析结构结构物相物相晶体取向晶体取向晶体晶体的完整程度的完整程度物相物相内应力内应力织构织构劳埃法劳埃法周转周转晶晶法法四圆衍射仪四圆衍射仪目录目录1.X射线衍射仪射线衍射仪2.X射线物相定性分析射线物相定性分析3.晶体结构识别晶体结构识别4.粉末衍射线的宽化及晶粒大小的测定粉末衍射线的宽化及晶粒大小的测定5.聚合物和高分子材料分析聚合物和高分子材料分析6.纳米材料分析纳米材料分析7.聚合物纳米复合材料分析聚合物纳米复合材料分析8.粘土矿物分析粘土矿物分

2、析1.X射线衍射仪构造：射线衍射仪构造： X射线衍射发生射线衍射发生装置装置 测角仪测角仪 辐射探测器辐射探测器 记录单元及附件记录单元及附件一、一、X X射线衍射射线衍射仪仪 X射线发生装置射线发生装置X射线管射线管 X X射线产生条件：电子流、高压、真空室、靶面射线产生条件：电子流、高压、真空室、靶面 测角仪：测角仪： X X射线衍射仪的核心部分射线衍射仪的核心部分 A、B-梭拉缝梭拉缝；C-样品；样品；E-支架支架 F-接收光阑；接收光阑；G-计数管；计数管；H-样品台样品台 O-测角仪测角仪中心；中心；K-刻度盘刻度盘S-管靶管靶焦斑；焦斑；T-入射光阑入射光阑BraggBrentan

3、o衍射几何衍射几何设计原理：设计原理：R1R2，试样转，试样转 角，探测器转角，探测器转2 角（角（ 2 / 偶合），或试偶合），或试样不动，光管转样不动，光管转，探测器转，探测器转 （ /偶合）偶合） 计数器：记录衍射强度的重要器件，由计数管及其附属电路组成。计数器：记录衍射强度的重要器件，由计数管及其附属电路组成。正比计数器正比计数器（气体电离计数器（气体电离计数器）：X X射线强度越高，输出电流越大，脉冲峰值与射线强度越高，输出电流越大，脉冲峰值与X X射线光子射线光子能量成正比，所以正比计数器可以可靠地测定能量成正比，所以正比计数器可以可靠地测定X X射线强度射线强度。l NaI闪烁计

4、数器闪烁计数器：具有低背底（具有低背底（0.4cps）、高线性范围）、高线性范围2106 cps；新；新型型YAP晶体闪烁计数器的线性范围高达晶体闪烁计数器的线性范围高达1107cps。l Si(Li)计数器：计数器：具有具有极佳的能量分辨率。可选择特定能量的光子进行极佳的能量分辨率。可选择特定能量的光子进行响应。背景小于响应。背景小于0.01cps。一个一个X射线光子造成的电子射线光子造成的电子空穴对的数目为空穴对的数目为N，NE。E：X射线的特征射线的特征能量；能量；o产生一个空穴对的最低平均能量。产生一个空穴对的最低平均能量。 计数电路：计数电路：将探测器接收的信号转换成电信号并进行计量

5、后输出可将探测器接收的信号转换成电信号并进行计量后输出可读取数据的电子电路部分。读取数据的电子电路部分。 l探测器：将探测器：将 X X 射线转换为电脉冲射线转换为电脉冲l前置放大器：阻抗变换前置放大器：阻抗变换l主放大器：放大主放大器：放大l波高分析器：脉冲选择，滤去过高和过低的脉冲波高分析器：脉冲选择，滤去过高和过低的脉冲l计数率仪：将脉冲信号转化为正比于单位时间内计数率仪：将脉冲信号转化为正比于单位时间内脉冲数的直流电压。脉冲数的直流电压。l定标器是对甄别后的脉冲进行计数的电路。定标定标器是对甄别后的脉冲进行计数的电路。定标器有定时计数和定数计时两种方式。器有定时计数和定数计时两种方式。

6、X射线管发出单色射线管发出单色X射线照射在样品上，所产生的衍射线照射在样品上，所产生的衍射由探测器测定衍强度，由测角仪确定角度射由探测器测定衍强度，由测角仪确定角度2 ，得到，得到衍射强度随衍射强度随2 变化的图形。变化的图形。2.X射线衍射仪的常规测量射线衍射仪的常规测量样品的制备样品的制备u 基本原则基本原则：注意问题包括：注意问题包括晶粒大小、试样的大小及厚度、择优取向、晶粒大小、试样的大小及厚度、择优取向、加工应变和表面平整度加工应变和表面平整度等。等。对于对于粉末粉末样品，颗粒度大小样品，颗粒度大小在在5 515m15m范围最佳；范围最佳；选择选择参比物质时，尽可能选择晶粒小于参比物

7、质时，尽可能选择晶粒小于5 m，吸收系数小的样品。，吸收系数小的样品。如如MgO、Al2O3、SiO2等；等；将粉末样品装填在铝或玻璃制的特定样品板的窗孔或凹槽内，用量将粉末样品装填在铝或玻璃制的特定样品板的窗孔或凹槽内，用量一般为一般为1-2 g，以填满样品窗孔或凹槽为准。，以填满样品窗孔或凹槽为准。装填粉末样品时不可太用力，以免形成粉粒的定向排列。用平整光装填粉末样品时不可太用力，以免形成粉粒的定向排列。用平整光滑的玻璃板适当压紧，然后将高出样品板表面的多余粉末刮去，如滑的玻璃板适当压紧，然后将高出样品板表面的多余粉末刮去，如此重复一两次即可。此重复一两次即可。l 具有具有片状或柱状完全解

8、离片状或柱状完全解离的样品物质，其粉末一般都呈细片状，在的样品物质，其粉末一般都呈细片状，在制作过程中易形成择优取向。制作过程中易形成择优取向。l 对于此类物质，对粉末进行长时间（如半小时）的研磨，使之尽量对于此类物质，对粉末进行长时间（如半小时）的研磨，使之尽量细碎，制样时尽量轻压，必要时还可在样品粉末中掺和等体积的细细碎，制样时尽量轻压，必要时还可在样品粉末中掺和等体积的细粒硅胶。粒硅胶。l 对于对于薄膜薄膜样品，需要注意薄膜的厚度。样品，需要注意薄膜的厚度。XRD适合较厚的薄膜样品的适合较厚的薄膜样品的分析。要求样品具有较大的面积，比较平整以及表面粗糙度要小。分析。要求样品具有较大的面积

9、，比较平整以及表面粗糙度要小。这样获得的结果才具有代表性。这样获得的结果才具有代表性。l 可将其锯成窗孔大小一致，然后用橡皮泥或石蜡直接将其固定在窗可将其锯成窗孔大小一致，然后用橡皮泥或石蜡直接将其固定在窗孔内，应注意使固定窗孔内的样品表面与样品板平齐。孔内，应注意使固定窗孔内的样品表面与样品板平齐。l 材料状态鉴别：材料状态鉴别： 实验参数：实验参数：l 防散射光栏与接收光栏应同步选择防散射光栏与接收光栏应同步选择。通常。通常，定性方向时选用，定性方向时选用1发散发散狭缝，研究低角度出现的衍射峰时，选择狭缝，研究低角度出现的衍射峰时，选择1/2 （或（或1/6 ）为宜。）为宜。l 时间常数时

10、间常数RC。计数率仪记录的强度是一段时间内的平均计数率，这计数率仪记录的强度是一段时间内的平均计数率，这段时间间隔称为段时间间隔称为时间常数。要时间常数。要提高测量精度应该选择小的提高测量精度应该选择小的RC值。在值。在物相分析中物相分析中RC通常通常14s。l 扫描扫描速度是指探测器在测角仪圆周上均匀转动的角速度速度是指探测器在测角仪圆周上均匀转动的角速度。在。在物相分物相分析中通常扫描速度析中通常扫描速度为为24 /min。l 扫描方式为扫描方式为连续连续扫描和扫描和步进扫步进扫描描。连续扫描常用于物相分析，步进。连续扫描常用于物相分析，步进扫描常用于精确测量衍射峰的强度、确定衍射峰位、线

11、性分析等。扫描常用于精确测量衍射峰的强度、确定衍射峰位、线性分析等。 原始数据原始数据的初步处理：由一些常用的衍射图处理程序集成，主要的初步处理：由一些常用的衍射图处理程序集成，主要有有5项：项：l 平滑平滑处理；处理； l 减减背景；背景；l 求面积求面积、重心、积分宽；、重心、积分宽； l 寻峰寻峰；l 衍射衍射图比较（多重衍射图的叠合显示）图比较（多重衍射图的叠合显示） 衍射数据的获得：晶面间距（衍射数据的获得：晶面间距（d）和衍射强度（）和衍射强度（I） X X射线衍射射线衍射图谱：峰形、峰位、峰高图谱：峰形、峰位、峰高二、二、X X射线物相定性分析射线物相定性分析物相定性分析基本原理

12、：物相定性分析基本原理：物质的物质的X X射线衍射花样特征是分析物质相组成射线衍射花样特征是分析物质相组成的的“指纹或者脚印指纹或者脚印”。制备。制备各种标准单相物质的衍射花样并使之规范各种标准单相物质的衍射花样并使之规范化化( (数据库数据库) )，将待分析物质，将待分析物质( (样品样品) )的衍射花样与之对照，从而确定的衍射花样与之对照，从而确定样样品物质的组成相品物质的组成相，这就是物相定性分析的基本原理与方法。，这就是物相定性分析的基本原理与方法。 PDF卡片结构卡片结构编号编号 三强线对应的面间距三强线对应的面间距 最大面间距最大面间距 物质的矿物名称或普通名称物质的矿物名称或普通

13、名称关于可靠性关于可靠性5.5.所用的试验条件所用的试验条件 6 6. . 物质的物质的晶体学数据晶体学数据7.7.物质的光学及其它物质的光学及其它物理性质物理性质 8 8. .试样来源试样来源, ,制备方式及化学分析数据制备方式及化学分析数据9.9.晶面间距对应的晶面指数及相对强度晶面间距对应的晶面指数及相对强度 PDF的检索的检索-从从元素周期表查晶体结构元素周期表查晶体结构元素周期表索引自动检索自动检索 计算机自动检索原理：利用庞大的数据库，尽可能地储存全计算机自动检索原理：利用庞大的数据库，尽可能地储存全部相分析卡片资料，然后将实验测得的衍射数据输入计算机，部相分析卡片资料，然后将实验

14、测得的衍射数据输入计算机，根据根据三强线原则三强线原则，与计算机中所存数据一一对照，粗选出三，与计算机中所存数据一一对照，粗选出三强线匹配的卡片强线匹配的卡片50-10050-100张；然后根据其它查线的吻合情况进张；然后根据其它查线的吻合情况进行筛选，最后根据试样中已知的元素进行筛选，一般就可给行筛选，最后根据试样中已知的元素进行筛选，一般就可给出确定的结果。出确定的结果。以上步骤都是在计算机中自动完成的。一般情况下，对于计算以上步骤都是在计算机中自动完成的。一般情况下，对于计算机给出的结果再进行人工检索，校对，最后得到正确的结果。机给出的结果再进行人工检索，校对，最后得到正确的结果。 SI

15、OSIO2 2粉末衍射粉末衍射20o26o 多多相物质分析相物质分析l多相物质相分析的方法是按上述基本步骤逐个确定相。多相物质相分析的方法是按上述基本步骤逐个确定相。l多相物质的衍射花样是其各组成相衍射花样的简单叠加，多相物质的衍射花样是其各组成相衍射花样的简单叠加，给分析带来一定困难。给分析带来一定困难。l检索用的三强线不一定属于同一相，有可能一个相的某线检索用的三强线不一定属于同一相，有可能一个相的某线条与另一相的某线条重叠。条与另一相的某线条重叠。l因此，多相物质定性分析时，需要将衍射线条轮番搭配、因此，多相物质定性分析时，需要将衍射线条轮番搭配、反复尝试，比较复杂。反复尝试，比较复杂。

16、Cu-Cr合金合金Cr的标准卡的标准卡Cr： 44； 64； 81 110；200；211Cu-Cr合金合金Cu的标准卡片的标准卡片 Cu： 43; 50; 74; 89 111; 200; 220; 311Cu-Cr合金合金 应注意的几个问题应注意的几个问题 d比比I相对重要相对重要 低低角度线比高角度线重要角度线比高角度线重要 强强线比弱线重要线比弱线重要 要要重视特征线重视特征线 做做定性分析中，了解试样来源、化学成分、物理性质定性分析中，了解试样来源、化学成分、物理性质 不要不要过于迷信卡片上的数据，特别是早年的资料过于迷信卡片上的数据，特别是早年的资料 ，注意资，注意资料的可靠性。料

17、的可靠性。三、晶体结构识别三、晶体结构识别1. 基本原理基本原理：由由Bragg方程及各晶系的晶面间距和晶面指标的关系式方程及各晶系的晶面间距和晶面指标的关系式 ，可了解系统消光，推测点阵型式，估计可能的空间群。可了解系统消光，推测点阵型式，估计可能的空间群。l 立方晶系：立方晶系中各立方晶系：立方晶系中各(hkl)衍射面衍射面sin2满足下列公式，有公因子满足下列公式，有公因子A值。值。l 六方晶系和三方晶系：六方晶系和三方晶系：立方晶系中各立方晶系中各(hkl)衍射面衍射面sin2满足下列公式，满足下列公式，（hk0）面有公因子）面有公因子A值。值。22222222sin(/ 2 ) ()

18、()hklahklA hkl22222222222sin(/ 3)()(/ 4)()hklahhkkclA hhkkBll 四方晶系：晶系中各四方晶系：晶系中各(hkl)衍射面衍射面sin2满足下列公式，（满足下列公式，（hk0）面有公）面有公因子因子A值，但各晶面值，但各晶面sin2比值与六方晶系不同。比值与六方晶系不同。l 斜方晶系斜方晶系：（：（h00）面）面sin2有公因子有公因子A值，另外（值，另外（hk0）面）面sin2比值之比值之间还有与（间还有与（A+B）存在某种关系。）存在某种关系。22222222222sin(/ 4)()(/ 4)()hklahkclA hkCl22222

19、22222222sin(/ 4)(/ 4)/ 4hklahbkc lAhBkCll单斜晶系：不同（单斜晶系：不同（h0l）晶面）晶面sin2差值之比满足差值之比满足2D：4D：6D：8D：10D=1：2：3：4：5l 三斜晶系：找不到各晶面三斜晶系：找不到各晶面sin2之间的确切关系。之间的确切关系。2222sinhklAhBkClDhl 22sinsin2hklhklDhl2.立方晶系指标化：以立方晶系指标化：以Cs2TeBr6物质为例，获得其物质为例，获得其X射线衍射图谱，经数射线衍射图谱，经数据整理，得到据整理，得到sin2表。表。Cs2TeBr6衍射数据及其指标化结果衍射数据及其指标化

20、结果3.晶系识别：各衍射线晶系识别：各衍射线sin2之间存在公因子之间存在公因子A=0.0050，故为，故为立方立方晶系晶系4.晶格判断：从得到衍射峰的晶格判断：从得到衍射峰的hkl晶面数据可知，系统消光条件为晶面数据可知，系统消光条件为hkl奇奇偶混杂，说明是偶混杂，说明是面心面心结构。结构。l 5.A值修正：利用值修正：利用A值计算出各（值计算出各（hkl）对应）对应sin2值，并与实测值对照。值，并与实测值对照。逐渐修正逐渐修正A值，直至实测值与计算值接近。值，直至实测值与计算值接近。四、四、粉末衍射线的宽化及粉末衍射线的宽化及晶粒大小的测定晶粒大小的测定粉末衍射线的宽粉末衍射线的宽化的

21、原因：化的原因：u 晶粒尺度并非足够大；入射线并非严格单色；入射线并非严格平行；晶晶粒尺度并非足够大；入射线并非严格单色；入射线并非严格平行；晶格产生了畸变格产生了畸变；晶粒（或者亚晶块）的尺度并非足够大晶粒（或者亚晶块）的尺度并非足够大。晶粒大小和衍射线变宽间的定量关系晶粒大小和衍射线变宽间的定量关系-Scherrer方程：方程：Lhkl是垂直于晶面的微晶尺寸，单位是垂直于晶面的微晶尺寸，单位nm；为入射为入射X的波长，单位的波长，单位nm；为半衍射角，单位度为半衍射角，单位度，计算时转为，计算时转为弧度弧度rad；K为微晶的形状因子；为微晶的形状因子；K=0.9或或1或或1.840为纯衍射

22、线半高宽，单位弧度为纯衍射线半高宽，单位弧度rad。B为由实验测得衍射强度的半高宽为由实验测得衍射强度的半高宽rad；b0仪器增宽因子。仪器增宽因子。22000,coshklKLBb 应用要点：应用要点： 扫描速度要扫描速度要尽可能慢尽可能慢。一般。一般2度度/分钟。分钟。 需要需要扣除仪器宽化的影响，假设试样中没有晶体结构的不完整引起扣除仪器宽化的影响，假设试样中没有晶体结构的不完整引起的宽化，则衍射线的宽化仅是由晶块尺寸造成的，而且晶块尺寸是的宽化，则衍射线的宽化仅是由晶块尺寸造成的，而且晶块尺寸是均匀的。均匀的。 B为积分半高宽度为积分半高宽度，需，需转化为弧度（转化为弧度（rad），）

23、，1度度=/180 弧度弧度。B为为实测宽度实测宽度Bm与与仪器宽化仪器宽化Bs之差之差, Bs可通过测量标准物的半峰值强度可通过测量标准物的半峰值强度处的宽度得到处的宽度得到。 计算晶粒尺寸时，一般采用低角度的衍射线，如果晶粒尺寸较大，计算晶粒尺寸时，一般采用低角度的衍射线，如果晶粒尺寸较大，可用较高衍射角的衍射线来代替。此式可用较高衍射角的衍射线来代替。此式适用范围适用范围为为1-100nm。所以。所以特别适合纳米材料的晶粒尺寸计算。特别适合纳米材料的晶粒尺寸计算。l 谢乐公式求得的是平均的晶粒尺寸，且是晶面法向尺寸。除非晶粒谢乐公式求得的是平均的晶粒尺寸，且是晶面法向尺寸。除非晶粒是均匀

24、的球形，才能代表单个晶粒。所以如果薄膜由一层多晶构成，是均匀的球形，才能代表单个晶粒。所以如果薄膜由一层多晶构成，通过谢乐公式计算晶粒尺寸能推出薄膜厚度。通过谢乐公式计算晶粒尺寸能推出薄膜厚度。l 5.D取平均值的问题，如果是大角度衍射，最好取衍射峰足够强的峰，取平均值的问题，如果是大角度衍射，最好取衍射峰足够强的峰，衍射峰最好要稳定，没有噪声影响，而且衍射峰最好要稳定，没有噪声影响，而且2越大，测得的值越准。越大，测得的值越准。否则要考虑样品晶粒是否存在取相问题，取一个单峰不是不可以的，否则要考虑样品晶粒是否存在取相问题，取一个单峰不是不可以的，误差会很大。误差会很大。l 由于材料中的晶粒大

25、小并不完全一样，故所得实为不同大小晶粒的由于材料中的晶粒大小并不完全一样，故所得实为不同大小晶粒的平均值。又由于晶粒不是球形，在不同方向其厚度是不同的，即由平均值。又由于晶粒不是球形，在不同方向其厚度是不同的，即由不同衍射线求得的不同衍射线求得的D常是不同的。一般求取数个（如常是不同的。一般求取数个（如n个）不同方向个）不同方向（即不同衍射峰）的晶粒厚度，据此可以估计晶粒的外形。求他们（即不同衍射峰）的晶粒厚度，据此可以估计晶粒的外形。求他们的平均值，所得为不同方向厚度的平均值的平均值，所得为不同方向厚度的平均值D，即为晶粒大小。多方向，即为晶粒大小。多方向的平均值也可以用作图法求取。的平均值

26、也可以用作图法求取。应用步骤：应用步骤： 实测实测样品样品Bm的测量。的测量。XRD扫描样品。尽可能慢，一般扫描样品。尽可能慢，一般2度度/分钟，分钟，得到图谱，用得到图谱，用JADE软件扣除软件扣除Cu K2背底，得到各个衍射峰的背底，得到各个衍射峰的Bm。 仪器仪器宽化宽化 Bs测量。测量。l 测定方法一：测定方法一： 用用与待测试样同物质、晶粒度在与待测试样同物质、晶粒度在5 20m的标样，在与样品相同实验的标样，在与样品相同实验条件下，测定得条件下，测定得XRD图谱，由图谱得到图谱，由图谱得到 Bs。l 测定方法二：测定方法二： 用用与待测试样不同、晶粒度在与待测试样不同、晶粒度在5

27、20m的标样，与的标样，与待测待测试样均混后试样均混后XRD，同时获得：实测样品，同时获得：实测样品Bm+标样标样Bs。l 在得到衍射峰半高宽前要先扣除背底。在得到衍射峰半高宽前要先扣除背底。l应用举例：应用举例： B2(0.61/180)2-(0.22 /180)2 B=0.0099 Lhkl 0.91.5418 / (Bcos15.56) = 145五、五、聚合物聚合物X X射线分析射线分析1.物相分析：物相分析：两图中均同时存在尖锐的结晶峰和非晶态漫射峰，表明两体系内均为晶两图中均同时存在尖锐的结晶峰和非晶态漫射峰，表明两体系内均为晶态与非晶态共存；但与态与非晶态共存；但与LDPE比，比

28、，HDPE图中瑞峰强度明显更高，表现图中瑞峰强度明显更高，表现具有更强的结晶能力。具有更强的结晶能力。l聚丁二烯具有多种不同的链结构，导致具有完全不同的结晶能力，在聚丁二烯具有多种不同的链结构，导致具有完全不同的结晶能力，在XRD谱图上有完全不同的谱峰特征。谱图上有完全不同的谱峰特征。2.结晶度的测定：假定聚合物样品由晶向与非晶向两相构成，根据衍射结晶度的测定：假定聚合物样品由晶向与非晶向两相构成，根据衍射峰积分面积可近似推算样品的结晶度。峰积分面积可近似推算样品的结晶度。Ic：高聚物样品结晶部分衍射积分强度：高聚物样品结晶部分衍射积分强度Ia：高聚物样品中非结晶部分衍射积分强度：高聚物样品中

29、非结晶部分衍射积分强度K：高聚物样品结晶和非结晶部分单位重量的相对散射系数：高聚物样品结晶和非结晶部分单位重量的相对散射系数100%()cccaIXIKI 测定步骤：测定步骤： 分别测定样品中的晶向何非晶相的衍射花样；分别测定样品中的晶向何非晶相的衍射花样； 合理扣除衍射峰的背底，进行原子散射因素、偏振因素、温度合理扣除衍射峰的背底，进行原子散射因素、偏振因素、温度因素等衍射强度的修正；因素等衍射强度的修正； 设定晶峰和非晶峰的峰形函数，多次拟合，分开各重叠峰；设定晶峰和非晶峰的峰形函数，多次拟合，分开各重叠峰； 测定各峰的积分强度测定各峰的积分强度Ic和和Ia； 选择合适的常数选择合适的常数

30、K，代入公式算得样品的结晶度。，代入公式算得样品的结晶度。3.取向度测定：取向度测定：取向概念取向概念:大分子链、链段或微晶在某些外场大分子链、链段或微晶在某些外场(如拉伸应力或剪切应力如拉伸应力或剪切应力)作用下，作用下，沿着某一特定方向有序排列的现象沿着某一特定方向有序排列的现象。取向取向度是聚合物取向程度的一种度量标准，指大分子或链段等各种不同结构单度是聚合物取向程度的一种度量标准，指大分子或链段等各种不同结构单元包括微晶体沿纤维轴规则排列程度元包括微晶体沿纤维轴规则排列程度。取向取向度是表征材料取向结构特征的重要指标，通常用取向函数度是表征材料取向结构特征的重要指标，通常用取向函数F表

31、示表示：为取向的方向与分子链主轴之间的为取向的方向与分子链主轴之间的角度，角度，表示平均值，称取向参数。表示平均值，称取向参数。未取向时，大分子链和链段的排列是随机的，因而呈现各向同性，取向后，由于在取向方未取向时，大分子链和链段的排列是随机的，因而呈现各向同性，取向后，由于在取向方向上原子之间的作用力以化学键为主，而在与之垂直的方向上，原子之间的作用力以范德向上原子之间的作用力以化学键为主，而在与之垂直的方向上，原子之间的作用力以范德华力为主，因而呈现各向异性。由此使材料在力学、光学和热学性能上取向前后产生显著华力为主，因而呈现各向异性。由此使材料在力学、光学和热学性能上取向前后产生显著差别

32、差别。力学性能力学性能：抗张强度及绕曲疲劳强度在取向方向上大大增加，而与其垂直的方向上降低；：抗张强度及绕曲疲劳强度在取向方向上大大增加，而与其垂直的方向上降低；光学性能：双折射现象；光学性能：双折射现象；热学性能：热学性能：Tg增加，对结晶聚合物密度和结晶度增加。增加，对结晶聚合物密度和结晶度增加。2f =1/23cos-1 （）l 常采用下面公式计算取向度（常采用下面公式计算取向度（）：）：l H沿赤道线上沿赤道线上Debye环（最强环）的强度分布曲线的半高宽，用度环（最强环）的强度分布曲线的半高宽，用度表示。完全取向时，表示。完全取向时，H=0， =100。无规取向时，。无规取向时， H

33、=180， =0。180100180H 4.聚合物微晶大小测定：根据谢乐公式，衍射峰的半高宽及衍射角和形聚合物微晶大小测定：根据谢乐公式，衍射峰的半高宽及衍射角和形状因子，可粗略测算聚合物微晶尺寸。状因子，可粗略测算聚合物微晶尺寸。l举例：已知举例：已知-pp的主要衍射峰（的主要衍射峰（110）对应）对应2 = 14.16， （040）对应）对应2 = 17.18，入射，入射X射线波长射线波长= 0.1542 nm，b0 = 0.15，K =0.9则则 衍射衍射峰计算得到的粒径大小为下表所示：峰计算得到的粒径大小为下表所示：()()()cosLhkl(nm)(110) 0.360.3277.0

34、80.992424.5(040) 0.450.4248.540.988919.0六、六、纳米粒子的纳米粒子的X X射线分析射线分析l根据衍射峰位置表明根据衍射峰位置表明所得纳米氧化钛晶型所得纳米氧化钛晶型为锐钛矿构成；为锐钛矿构成；l根据谢乐公式计算得根据谢乐公式计算得到晶粒平均尺寸为到晶粒平均尺寸为6.0 nml 随钴、锰等元随钴、锰等元素的掺入，纳素的掺入，纳米氧化锌衍射米氧化锌衍射峰变宽、强度峰变宽、强度减弱；减弱；l 根据谢乐公式根据谢乐公式计算得到钴掺计算得到钴掺杂氧化锌粒子杂氧化锌粒子尺寸约为尺寸约为9nm，掺锰为掺锰为17 nmlXRD曲线证实所合成的曲线证实所合成的Ag和和Cu

35、纳米粒子具有纳米尺度和特征晶型。纳米粒子具有纳米尺度和特征晶型。l其中其中Ag纳米粒子约为纳米粒子约为25 nm，Cu纳米粒径为纳米粒径为9 nm。l图中结果表明：所得图中结果表明：所得SBA15粉末具有有序粉末具有有序介孔结构。各粉末样介孔结构。各粉末样品谱图均含有三个独品谱图均含有三个独立的衍射峰，分别对立的衍射峰，分别对应于二维六边晶型的应于二维六边晶型的(100)(110)(200)三个晶三个晶面的反射。面的反射。七、聚合物七、聚合物纳米复合材料纳米复合材料X X射线分析射线分析l 改性前改性前MMT具有尖锐具有尖锐的衍射峰，表明具有一的衍射峰，表明具有一定的有序结构，当与定的有序结构

36、，当与PA6复合后，随聚合物复合后，随聚合物的插层，层间距逐步增的插层，层间距逐步增加，直至完全剥离。图加，直至完全剥离。图中衍射峰向小角偏移直中衍射峰向小角偏移直至消失，证实上述结论。至消失，证实上述结论。l纯纯LDHs具有一系具有一系列尖锐衍射峰，表列尖锐衍射峰，表明其结构具有规则明其结构具有规则有序性；有序性；l当与当与PS复合后，衍复合后，衍射峰明显减少，同射峰明显减少，同时峰形变宽，表明时峰形变宽，表明PS分子链已插入分子链已插入LDHs层间。层间。八、八、粘土粘土矿物分析矿物分析定义：定义：层状铝硅酸盐，粒度小于层状铝硅酸盐，粒度小于2微米。微米。基本结构层：基本结构层：(Si,

37、Al) O4 四面体，连接成片四面体，连接成片 (Al, Mg)O6八面体八面体, 亦成片状，与四面体片匹配。亦成片状，与四面体片匹配。四面体片与八面片以不同的形式结合，形成结构单元层，就构成各种不四面体片与八面片以不同的形式结合，形成结构单元层，就构成各种不同类型的层状硅酸盐。同类型的层状硅酸盐。（1）高岭石高岭石族族 为为1：1型型衍射图谱特征衍射图谱特征：最：最显著的衍射特征是：底面衍射显著的衍射特征是：底面衍射特特别别强（强（001，002，003），其他很弱或没有。），其他很弱或没有。高岭石插层高岭石插层：用有机或者无机试剂插入层间区域，：用有机或者无机试剂插入层间区域，当试剂当试剂

38、被清被清洗掉或者被蒸发掉的时候，达到片的洗掉或者被蒸发掉的时候，达到片的剥离效果。剥离效果。（2）云母云母族族（白云母、黑云母、伊利石等）（白云母、黑云母、伊利石等） 2：1型型 （夹心式）（夹心式）成分特征成分特征：结构层中，每个结构层中，每个Si4O10单位单位1价电荷，正好由层间的一个价电荷，正好由层间的一个K离子来配平。电荷主要来自于四面中的离子来配平。电荷主要来自于四面中的Al对对Si的代换。（的代换。（Si3AlO10）结构特征结构特征：单元层之间离子键结合，结合力较强。：单元层之间离子键结合，结合力较强。衍射特征衍射特征：10 ，5 ，3.3 (3)蒙皂石蒙皂石族族：与云母类似，只是层间区域具有可交与云母类似，只是层间区域具有可交换性。换性。成分与结构特征成分与结构特征：l结构层结构层中，每个中，每个Si4O10单位的电荷为单位的电荷为0.33，层间区域一般由，层间区域一般由Ca配平配平。l由于由于每六个晶胞才能分配到一个每六个晶胞才能分配到一个Ca离子，因此电荷配平时需要长离子，因此