XRD图谱分析(实验报告)

1、学生学号0121401101222实验课成绩武汉理工大学实验课程名称 开课学院 指导老师姓名 学生姓名 学生专业班级学生实验报告书材料设计与理论计算实验材料科学与工程学院材物20162017 学年第2 学期实验项目名称XRD图谱分析实验成绩实验者专业班级材物1401组别同组者实验日期年 月曰第一部分：实验分析与设计一、实验内容描述（问题域描述）1、 使用 Material Studio 软件Relfex Plus模块处理XRD图谱并指标化2、使用Relfex Plus 模块对XRD图谱进行精修。二、实验基本原理与设计（包括实验方案设计，实验手段的确定，试验 步骤等，用硬件逻辑或者算法描述）（一

2、）实验方案与手段确定以Reflex Plus模块模拟晶体材料的X光、中子及电子等多种粉末衍射图谱，帮助 确定fin31晶体结构，解析衍射数据并用于验证计算和实验结果（二）实验步骤1. 导入fin31衍射数据2. 指标化。通过检索算法TRE0R9来确定晶格常数3. Pawley 精修。Number of cycle 改为 5, 2-theta 范围改为 15° -85 °。精修两 次4. 空间群的选取。Powder Indexing中对Space Group进行Search。对正确的空间 群 P63/m Create cell, 重复 Pawley 精修。5. 准备初始模型a

3、. 建立新的3D原子文档，分别建立Ca F离子模型b. 建立PO4离子，建立后需确保是四面体构型c. VAMP优化PO4结构d. 从Powder Solve中对Ca离子建立 Motion groups，并将占据率改为 0.5，复制 至P63m原胞e. 将Ca离子占据率改为0.3333333，复制至P63m原胞f. 对F离子进行同样操作，但占据率改为 0.1666666g. 对PO4进行同样操作，但占据率改为0.5，复制三次。检验密度是否正确6. 确定fin31 晶体结构，需精修所有的Motion Groups,取消应用temperaturefactor7. Rietveld 精修。a.复制结构

4、并取消 动态组，check for atom on specialpositionwithin1.0A,rebuild 。再将所有原子占据率设为1.0b.将所有原子定义为动态组，进行 Rietveld精修(三) 基本原理(1) 粉末衍射解析结构的原理Reflex Plus模块在多晶衍射装置中，众多小单晶在三维空间的衍射被压成一堆，失去了各 hkl衍射的方向性。衍射峰间的对称性重叠模糊了每个hkl衍射强度分布曲线的轮廓，使得单晶结构分析中的最小二乘法结构修正法不能用于多晶衍射，因而 通过粉末来解析结构是件相当困难的事情，以至于长期以来，粉末衍射法主要 被当做物相鉴定的工具，蕴藏在粉末衍射图中丰富

5、的结构信息无法提取。1967年，H. M. Rietveld鉴于计算机处理大量数据的能力，在中子粉末衍射结构分析中提出了全谱粉末衍射图最小二乘法拟合结构修正法，并取得了很大的成功。1977年Malmros和Thomas, You ng等人把这个方法引入到 X射线粉末衍射分析 中，从此，Rietveld分析方法的研究及在固体粉末材料中的应用开始迅速发 展，在近年来达到了高峰。当然Rietveld分析方法并不是一种解析结构的方法，但它解析结构的优化与可靠性验证提供了强有力的手段。尤其是随着计算 机技术的发展，一些新的实验技术如高分辨同步辐射、飞行时间脉冲中子衍射 等的出现，使得通过粉末衍射数据来解

6、析晶体结构的方法取得了突破性的进 展，其中以Rietveld分析为精化手段的经验法和解析单晶的方法与Rietveld方法相结合的从头算法逐渐被人所接受。经验法解析结构的关键是找到合适的“模板”，即结构与之类似的且结构己 知的化合物。这一方法对于长期从事结构研究的专家是非常有用的，他们能很 准确的判断与未知化合物结构类似的化合物。在此基础上，使用己知化合物的 结构参数通过Rietveld分析方法来精化这些参数使之与未知化合物的粉末衍射 数据一致，从而得到未知化合物的结构参数。在经验法中还有一种试差法，即 人为的建立一个结构模型，然后应用Rietveld分析方法来精化结构参数，并不断的调整结构模型

7、。经验法中的这两种思想都有其优缺点，前者解析方法简 单，但不易找到好的结构模型，后者解析方法复杂，计算量大，但它能找到非 常好的结构模型，即使没有“模板”。经验法解析结构的思路如图1.1所示：我取合说的-指标牝晶胞舂数优化获得模型-Rietveld 析（2）Reflex Plus 模块Materials Studio 的Reflex模块用以模拟晶体材料的X光、中子以及电子等多 种粉末衍射图谱。可以帮助确定晶体的结构，解析衍射数据并用于验证计算和实验 结果。模拟的图谱可以直接与实验数据比较，并能根据结构的改变进行即时的更 新。包括粉末衍射指标化及结构精修等工具。粉末衍射指标化算法包括：TREOR

8、90, DICV0L91, ITO and X-cell。结构精修工具包括 Rietveld 精修和Pawley精修。而 Reflex Plus模块是对Reflex的完善和补充，在Reflex标准功能基础上加入了己 被广泛验证的Powder Solve技术。Reflex Plus提供了一套可以从高质量的粉末 衍射数据确定晶体结构的完整工具。包括粉末指标化、Pawley精修、解结构以及Rietveld精修。结构的全局搜索过程可以选用 Monte Carlo模拟退火和Monte Carlo 并行回火两种算法之一，求解过程中同时考虑到了优先取向的影响。（3）VAM模块本实验还将使用MS VAM模块对

9、结构进行模拟解析。MS.VAM模块是半经验 的分子轨道程序，适用于有机和无机的分子体系。可快速计算分子的多种物理和化 学性质，其计算的速度和精度介于基于力场的分子力学方法和量子力学的第一原理 方法。快速的VAMPg序可以为DFT程序提供了良好的初始结构以便进行精确的结 构优化。经DFT优化好的结构可以用 VAM来计算各种性质和光谱。VAMP还可以向 分子动力学模拟提供参数。MS4.0版本引入了 ZINDO哈密尔敦函数，可计算包含过 渡金属的有机金属体系的紫外光谱。第二部分：实验调试与结果分析三、调试过程（包括调试方法描述、实验数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等）、从Fin31的衍射数

10、据得到晶体结构的实验2、指标化，首先用Reflex去除背底，参数设置如下:得到XRD图像如下:可以看到其背底已经被去除，然后对其进行平滑和去除Ka 2：厨 Reflex Pattern At&c«sirgi2 | Partem P罔Midflon ( Pdltwi Processing |RadatiOfiA Saura:; ICogw|p M439& l2/l y 可厂K2 KitXilriySmcMMh Defoine stlpong得到以下两个图像: ：UOOBIMOfliHK*XU 11 JLLLj l.1 1 lu j1.11 jl111 .1 1jj A

11、lit 1 *丄 Lj A丄一* »由上图可知，其XRD图谱已经去除了多余的峰和背底，可以使用TRE0R9算法 进行寻峰：检索结果是:31 Fin3lFirs31 :漏匚目口_ nd Remcft-ffE： | &rnc<ythedj (S-trippedl)TREORfin31. (Bj*:k.g|ri=»jncl Removed imcE-theid; lrippetl) Be0EFRH'JKL¥ FOMSi atetnabg*11日Pg-日啊11圧0000沉加伽#309 冊n 9 38M7 X0CG的卿閒»floooacM90

12、 3CC-OOAOQ120 D&womS2S 蕾(WQCWTRTOFM3、Pawley精修，参数设置如下:a Refle* PoivberlirxieKing| Ftts | Space Sups Eipmerrel X* Job | hdfflnjptopani |TBE0RM'-loneP Cuber OtWwibe亍 Heugonal e MonadhcI* TetraoDn-al r Tneinc嘗15*0562 ASauce|cw»Jp L21SU39kInderRwh恤1$«测| Bel Ddl« | Piflerl Ldk> |

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14、过第一次循环，得到结果：第二次循环后:4、空间群的选取P Bi8 J1* MfcmftwHT! An'WhM1 fl¥ pr*rfl *加H 'w*11LKirI 4tXi*ajII tfuM*-9LMHObUTliLdhfjhta/Iai msrvRi*卩町附祷Mfcju.£-t.r»K卅 HI:IfflW »妙且W.帼aBini UliiJhMUMMUhMkZdhUU«i idHWMKUUIQ<««' »?<kimam rtMewn vi mhw!««t

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17、to.-NocMmu .NoMassM,a ViableYesName i Mum 口f Ca4flSS3.116533ISAXManwF0Oeeup I0 313333Oxida®!*0 />&ap_. ZbddwliO.lCfifiS?Spi、00.0D3OJDTempeNone7-1 |1u*UneXYZ W.M403. I MOP N ._I Sy imneliy Systeiii巳宙.T VaKjuG24 F2 FSCal 口 r h-rHGW12S5. jn.31909令阀 q>lame»&0Nione-523. S41Ma«

18、;aMNameOccup Oidob.OMOfflM 0O.OOOOMTomp匚'Lnt hbncXY7&确定FIN31的晶体结构G2Temper we fadcmimpliedGlobal isdrvpk; unitsI Global isotropic1000rhne!：29.73140177.0. 0112£.5O14023!. Dll21.70141233.OL DllCycl e4.lifirLisle：il Bestsolirtion has Rp =21.70Cycle5startelBcru tme:o. uijjs tiQursRv.pSt?pCPU

19、 (Dqu.qqD. DL335.<15L901B.0. 01326.085【他.0. 01426.70128056.n diese. Ji123074. UL520. St128OT5. 01D21.38120O7S.0. 01B21.78238632.n. meZL.71256615.d. DieCycleE.firiished BestsoLtrtion has R<p =J1.717、Rietveld 精修ifrJl iBiLkEpruidnd flHmcvvdl rFULtfdl tp«d| hRki TSECfiI_h勺也 Earn«dimRNoMi

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22、wp0J 叭iI 血r flir ra! rTW|.iMUuh! fHM*然后对其他参数进一步优化：圃艮神曲 Powder R*1?nemenr凰 血丘 PowderSuLdurt | Acorns | Clpl | Peak Uit |Exp j_ 茄11 j|JDh NlnJLftice |CacutoeResetHdpRerlex Ponder ReSncTn-entrirfncPffoirdcuP*k prafilMRjndjDn5sejdiJ-VD<jLFWHM17>u0C1343回4.OQS2E17w00071MC¥.DOCz了做FWilo pwkMqf*17

23、NA 625再回MB1«C5NC5000二5*5RMarticriSamis得到结果精修每个原子的各向同性的温度因子最后得到结果:iikkK*nno«DDEOX<il XWiII I IIII i II 11| | I III III | I Hi III N | IB ii 11 i liln iii I Bi IMH |i|r|BIIalViin4Arrtrw*rtewv! Rjrt*riw*aMATERIALS STUDIO | ReflexReflex Suminairy Report for Rietveld Rofinemeirit of F IN 31

24、_reflnerrwntFiral比哥（wthcut匕1匚立fsJ上5*<up即 H4AftF弹曲切融Esrfludi fiirgEif.4*%ISM-KOOinnJi.NCriZi »Fr-l OACSlSit# 9mO.DKftidiikwiK- ray1.54Q5U-O.SMSiMjn:etapper 春54那HQfW四、实验结果及分析（包括结果描述、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等）温度椭球：ckgroundl Remowd (SmceftHed (&tripped!l p pfiex TREORempt/ce匚唱尸是跖日* EmptF.cll.H5

25、3hF否石忙耳匚HTML报告如下:Final R wp：9.47%Final R p：7.28%Final R wp (without backgro un d):12.47%Fi nal CMACS:0.05%Setup2 日 Range (degrees):15.00-85.00Step Size (degrees):0.020Experime nt:fin 31.xcdExcluded Regi ons:- 1Radiatio nType:X-raySource:Copper兀(?):1.540562九2 (?):1.544390I2/I 1：0.500Mono chromator:No

26、neAnom.Dispers ion:NoPolarizatio n:0.500Lattice ParametersParameterValueRefin ed?a9.37055 ± 0.00007Yesb9.37055 ± 0.00007Yesc6.88503 ± 0.00006Yesa90.00000Nop90.00000No120.00000NoLattice Type:Hexago nalSpace Group:P 63/MStructure ParametersRefined MotionGroups:5RefinedTorsions:0RefinedAn gles:0Refined Dista nces:0Number ofRefined DOF:10Fracti onal Coord in atesdO.NameuvwRefined?1O0.74184 + 0.000380.08217 + 0.000340.42854 + 0.00035Yes2Ca0.33333 + 0.000000.66667 + 0.000000.49901+ 0.00034Yes3F0.000000.000000.25000No4P0.63276 + 0.000260.03014 + 0.000310.25000 + 0.000