X射线衍射分析XRD课件

1、第三章 X射线衍射分析第一节 X射线衍射图像的形成1衍射仪工作原理2根据布拉格方程，并不是在任何情况下，晶体都能产生衍射的，产生衍射的必要条件是入射x射线的波长入和它与反射面的布拉格角必须符合布拉格方程的要求。因此，实现衍射的各种方法都是在实验中设法连续地变化波长入或角，来满足衍射几何的要求，以达到产生衍射的目的。根据实验时采取改变这两个量的方式，可将衍射方法分为下列三种：31. 劳埃法（The Laue Method）劳埃的设想：倘若晶体是由对x射线起散射中心作用的原子呈周期排列所构成，而x射线是波长约等于晶体原子间距的电磁波时，就可能利用晶体来衍射x射线。劳埃在1912年利用连续x射线垂直

2、射入一不动的硫酸铜单晶体，并安放一张底片，以探测衍射光束是否存在，在首次实验中即成功地拍出了世界上第一张晶体衍射照片。证明了晶体衍射现象的存在；晶体内部原子排列的周期性和x射线的波动性。劳挨法的特点是晶体固定不动，入射线与各晶面的布拉格角也都固定不变，采用白色(连续x射线谱)、靠晶面选择不同波长的x射线来满足布拉格方程的要求42. 周转晶体法（ Rotating Crystal Method）将单晶体的某晶轴或某一重要晶向垂直于单色x射线束安装，单晶体四周为围成圆柱形的底片。摄照时晶体围绕着选定的晶向旋转，旋转轴与底片的中心轴重合。周转晶体法的特点是入射线波长不变，而靠旋转单晶体以连续改变各晶

3、面与入射x射线的角来满足布拉格方程的要求。当晶体不断旋转时，某组晶面会于某瞬间和单色入射x射线束的夹正好满足布拉格方程，于是该瞬间便产生一根衍射线束。5第二节 粉末法（ The Powder Method）（德拜-谢乐法 ）If a monochromatic x-ray beam is directed at a single crystal, then only one or two diffracted beams may result. If the sample consists of some tens of randomly orientated single crystals,

4、 the diffracted beams are seen to lie on the surface of several cones. The cones may emerge in all directions, forwards and backwards. 7第二节 粉末法（ The Powder Method）（德拜-谢乐法 ）8第二节 粉末法（ The Powder Method）（德拜-谢乐法 ）德拜相的标定确定物相点阵类型点阵参数确定装片规则区分低角区/高角区按步骤进行：对各弧进行标号测量有效周期测量计算弧对间距计算计算d值估计衍射线相对强度查卡片标注衍射指数计算点阵参数1

5、0第三节 多晶X射线衍射仪组成X射线发生器测角仪辐射探测器记录单元自动控制单元XRD常规测量方法连续扫描步进扫描局部扫描正比计数器闪烁计数器Si(Li)探测器11The Powder XRD Method 12第四节 多晶X射线衍射物相分析一、定性分析通过XRD分析，确定被检测物质的物相构成。每种晶体物质都有特定的参数点阵类型晶胞参数晶胞种原子数目 每种物质都具有自己的参数二、粉末衍射卡片及索引Hanawalt检索法（1938年）PDF卡：1941年由ASTM出版JCPD卡：1969年出版JCPDS/ICDD:1978年出版ICDD卡：1992年出版1415多晶X射线物相分析方法已知组元确定物

6、相已知组元和物相合成过程已知其中组元或物相全部未知薄膜样品第四节 多晶X射线衍射物相分析17Experimental condition:Powder methodWavelength = 1.540562 (Cu Ka)2q = 10-120Temperature factorSample information:iron?Objective: phase identificationIndexing:Collect 2q, d, intensity dataMatch with a known substance第四节 多晶X射线衍射物相分析18Indexing a Powder Patt

7、ern Intensity (%)2 q ()1020304050607080901001050102030405060708090100ol=1.540562 q =560B = 1.02qq(44.67,100.0)(65.02,13.0)(82.33,22.0)(98.94,6.7)2thetaintensityd44.67163465.92.02765.0221199.91.43382.3335911.41.17098.9410907.11.013116.3718237.10.90619Indexing a Powder Pattern 20Indexing a Powder Patt

8、ern 21Indexing a Powder Pattern You can also obtain the d list by yourself!For a cubic lattice, the d spacing is expressed asd = a/(h2+ k2+ l2)1/2.The lattice constant of a-Fe (ferrite) a=2.8660h k l d1 1 0 2.02682 0 0 1.43322 1 1 1.17022 2 0 1.01343 1 0 0.90652 2 2 0.827522X光粉末谱标定标定纯Al样品的Cu靶粉末谱。l=1

9、.540562 已知Al为面心立方结构，a=4.049。Intensity (%)2 q ()1015202530354045505560657075800102030405060708090100(38.48,100.0)(44.73,46.9)(65.11,26.4)(78.25,27.8)24X光粉末谱标定1、计算d值Calculated experimental(hkl)2thetaintensitydhklfs P 2theta intensity(1 1 1)38.48147363.22.3381170.908 38.48 100.0(2 0 0)44.7369137.02.024

10、1025.296 44.73 46.9(2 2 0)65.1138834.41.431670.97 12 65.11 26.4(3 1 1)78.2541024.51.221506.94 24 78.25 27.8(2 2 2)82.4511536.81.169463.10 82、列表与实验值比较，找出相应的峰Intensity (%)2 q ()1015202530354045505560657075800102030405060708090100(38.48,100.0)(44.73,46.9)(65.11,26.4)(78.25,27.8)(1 1 1)(2 0 0)(2 2 0)(3

11、1 1)2527第五节 X射线衍射分析软件简介pcpdfwin 属于第二代物相检索软件；在衍射图谱标定以后，按照d值检索；一般可以有限定元素、按照三强线、结合法等方法；比较适合确定体系，有目的检索；缺点：所检索出的卡片多数时候不对。一张复杂的衍射谱有时候需要花几天的时间。 282.search match 一个专门的物相检索程序，属于第三代检索软件，采用图形界面，根据图谱实体来对谱，直观性好；可以实现和原始实验数据的直接对接，可以自动或手动标定衍射峰的位置，对于一般的图都能很好的应付；有几个小工具使用很方便。如放大功能、十字定位线、坐标指示按钮、网格线条等。最重要的是它有自动检索功能。可以帮你

12、很方便的检索出你要找的物相。也可以进行各种限定以缩小检索范围；效率很高，如果你对于你的材料较为熟悉的话，对于一张含有4，5相的图谱，检索也就3分钟。而且它还有自动生成实验报告的功能！ 293.high score 几乎search match中所有的功能highscore都具备，而且它比search-match更实用。 （1）它可以调用的数据格式更多。 （2）窗口设置更人性化，用户可以自己选择。 （3）谱线位置的显示方式，可以让你更直接地看到检索的情况。 （4）手动加峰或减峰更加方便。 （5）可以对衍射图进行平滑等操作，是图更漂亮。 30（6）可以更改原始数据的步长、起始角度等参数。（7）可以进行0点的校正。（8）可以对峰的外形进行校正。（9）可以进