衍射花样指数化与应用概述_第1页
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文档简介

衍射花样指数化与应用概述第一页,共二十八页,编辑于2023年,星期三Thefirststepinanalysingunknownpowderpatternisoftenanattempttofindaunitcellthatexplainsallobservedlinesinthespectrum.Youdonotneedadditionalcrystallographicdata,althoughifitexistsitmakesforfasterandmorereliableresults.Thematerialtobeanalysedmustbesinglephasedandtheexperimentalmaterialmustbeveryaccurate.第二页,共二十八页,编辑于2023年,星期三Indexingprogramsuseonlythepositionalinformationofthepatternandtrytofindasetoflatticeconstants(a,b,c,a,b,g)andindividualMillerindices

(hkl)foreachline.Theformofequationstosolveiscomplicatedforthegeneralcase(triclinic)indirectspacebutisstraightforwardinreciprocalspace.Inthelatterthesetofequationsis:第三页,共二十八页,编辑于2023年,星期三Q=h2A+k2B+l2C+hkD+hlE+klFwheretheQ-valuesareeasilyderivedfromthediffractionangleQ.Thissethastobesolvedfortheunknowns,A,B,C,D,E,F,whichareinasimplewayrelatedtothelatticeconstants.Findingthepropervaluesforthelatticeparameterssothateveryobservedd-spacingsatifiesaparticularcombinationofMillerindicesisthegoalofindexing.Itisnoteasyevenforthecubicsystem,butitisverydifficultforthetriclinicsystem.第四页,共二十八页,编辑于2023年,星期三Therearetwogeneralapproachestoindexing,theexhaustiveandtheanalyticalapproach.Bothoftheseapproachesrequireveryaccurated-spacingdata.Thesmallertheerrors,theeasieritistotestsolutionsbecausethereareoftenmissingdatapointsduetointensityextinctionsrelatedtothesymmetryorthestructuralarrangementorduetolackofresolutionofthed-spacingthemselves.Theearliestapproacheswereoftheexhaustivetypeandweredonebygraphicalfittingornumericaltablefitting.第五页,共二十八页,编辑于2023年,星期三IndexingProgramsThemethodscurrentlyimplementedareshownbold.TheyareselectedthroughtheitemIndexinginthemainmenu.Program Author Type ITO Visser analytical TREOR Werner exhaustive POWDER DICVOL CUBIC第六页,共二十八页,编辑于2023年,星期三Theprogramsuseasetofcommonparameters,e.g.thewavelengthandamethodspecificset.Afteryouhaveclickedonaprogramwiththeleftmousebuttonindexingisimmediatelystartedwiththeactiveparameterset.Dependingontheproblemandcomputertypetheprogramruncantakefromsecondstomanyminutes.Allsolutionsarecomputedandstoredinternally.The"best"oneisdisplayedatthetopofthescreen,thenexttobestatthebottom.ForanoverviewofallsolutionsselectSolutionsinthemainmenu.第七页,共二十八页,编辑于2023年,星期三MillerIndicesTripletofintegernumbersuniquelyassignedtoaBraggreflection.Thenotationisusuallyintheformof(hkl).Formallyspoken,MillerIndicesrepresentcoordinatesoflatticepointsinreciprocalspace.第八页,共二十八页,编辑于2023年,星期三ReciprocalSpaceDirectspaceiscomposedofunitcellsanditscontents,whereasreciprocalspaceisalatticewhoselatticepointsareBraggreflections.Directandreciprocalspacearetightlycoupled.第九页,共二十八页,编辑于2023年,星期三

LatticeconstantsAsetofmaximallysixfloatingnumbersrepresentingtheunitcell.Ascrystalsymmetrygrowsthenumberoflatticeconstantsneededtodescribethemetricsofaunitcellreduce.Inthecubicsystemthereisonlyoneconstant.第十页,共二十八页,编辑于2023年,星期三Q-valueTheQ-valueisoneofseveralpossibleformstorepresentthepositionalinformationofpeaksinpowderpattern.Theyaredefinedas:Q=1/d2=(4sin2Q)/l2Qcanberepresentedasaquadraticformofthe(hkl)'s.Q=h2A+k2B+l2C+hkD+hlE+klF,whereA,B,C,D,E,Farerelatedtothelatticeconstants.InITOeachQ-valueismultipliedby10000.第十一页,共二十八页,编辑于2023年,星期三d-SpacingThed-spacingisoneofseveralpossibleformstorepresentthepositionalinformationofpeaksinpowderpattern.OtherformsaretheangleQ,or2Q,orQ-values.Win_DIFFRACassumesinputintheformofd-spacings.Theyareinternallyconverted,e.g.ITOworksonlywithQ's.第十二页,共二十八页,编辑于2023年,星期三TREORThisprogramusestheexhaustiveapproach.Itiswidelyusedforindexingofpowderpatternthroughouttheworldandisbelievedtobeoneofthemostpowerfulenginesforsolvinghighandmediumsymmetries.Itisusefulaswellforlowsymmetryatthecostofratherhightimeconsumption.第十三页,共二十八页,编辑于2023年,星期三Werecommendthatyoustartwithadiffractionpatternwhoseresultiswellknowntoyou.IfyouarealreadyfamiliarwiththeTREORprogramyoumaydecidetostraightforwardindexing,usingthedefaultparameters.Incaseyouareanoviceuseryoushouldswiftlygothroughtheparametersandchangesettingsonlywhentheyareobviouslywrong.Withtheresultsobtainedyoumaythenturntothemoresophisticatedparameters,e.g.SelectBaselineSet.TheparametersaredescribedindetailundergeneralandTREOR-specificparameters.第十四页,共二十八页,编辑于2023年,星期三IncontrasttoITOamultitudeofnon-systematicextinctionsamongthefirstlinesmaynotappreciablyaffectthepoweroftrial-and-errormethods.However,'powderindexingisnotlikestructureanalysis,whichworkswellongooddata,andwillusuallygetbyonpoordatagivenalittlemoretimeandattention.Powderindexingworksbeautifullyongooddata,butwithpoordataitwillusuallynotworkatall.'(op.citRef.[4]).第十五页,共二十八页,编辑于2023年,星期三ThestandardprocedureusingTREORistostartwiththehighsymmetries:cubic,tetragonal,hexagonalandorthorhombicinonerun.Nextthemonoclinicsymmetryshouldbetried.Morethanonerunmaybenecessary,successivelyincreasingthenumberofbaselinesets,thecellvolumeandcelledge.Iftheformulaweightanddensityareknown,theyshouldbeused.TheCPU-timeneededwillthenusuallybestronglyreduced.Unfortunatelytheyaremostlynotwellknownandthereforenotoftenusable.IfallprevioustestshavefailedthetriclinictestremainsforwhichingeneralwerecommendITO.第十六页,共二十八页,编辑于2023年,星期三AnalyticalApproachThecrystalisassumedtobetriclinic.Solutionsareapproachedinthreesteps.Inthefirst,onetriestofindreasonablezonesfromthediffractiondata.Eachpairoflines,togetherwiththeoriginformsacrystallographiczone.Azoneisrelevanttothesolutionfindingalgorithmifsomeotherdiffractionlineslieonit,ifnotitisdiscarded.Inthesecondstepthebestzonesarethentriedincombinationstofindcompletelattices.ThismethodisknownastheITOmethod.Oncealatticeisfoundthatsatisfiestheexperimentald-spacingdata,thegeometryofthelatticeisexaminedforpossiblehighermetricsymmetry.Thisisthefinalstep.第十七页,共二十八页,编辑于2023年,星期三衍射分析应用物质对射线的衍射产生了衍射花样或衍射谱,对于给定的单晶试样,其衍射花样与入射线的相对取向及晶体结构有关;对于给定的多晶体也有特定的衍射花样。衍射花样具有三要素:衍射线(或衍射斑)的位置、强度和线型。测定衍射花样三要素在不同状态下的变化,是衍射分析应用的基础。第十八页,共二十八页,编辑于2023年,星期三衍射分析应用基于衍射位置的应用⑴点阵参数的精确测定,膨胀系数的测定;⑵第一类(即宏观残余)应力的测定;⑶由点阵参数测定相平衡图中的相界;⑷晶体取向的测定;⑸固溶体类型的测定,固溶体组分的测定;⑹多晶材料中层错几率的测定;⑺点缺陷引起的Bragg峰的漂移。第十九页,共二十八页,编辑于2023年,星期三衍射分析应用基于衍射强度测量的应用(1)物相的定量分析,结晶度的测定

(2)

平衡相图的相界的测定;

(3)

第三类应力的测定;

(4)

有序固溶体长程有序度的测定;

(5)

多晶体材料中晶粒择优取向的极图、反极图和三维取向分布的测定;

(6)

薄膜厚度的测定。第二十页,共二十八页,编辑于2023年,星期三衍射分析应用基于衍射线型分析的应用

(1)多晶材料中位错密度的测定,层错能的测定,晶体缺陷的研究;

(2)第二类(微观残余)应力的测定;

(3)晶粒大小和微应变的测定;第二十一页,共二十八页,编辑于2023年,星期三衍射分析应用基于衍射位置和强度的测定

(1)物相的定性分析

(2)相消失法测定相平衡图中的相界;(3)晶体(相)结构,磁结构,表面结构,界面结构的研究

第二十二页,共二十八页,编辑于2023年,星期三衍射分析应用同时基于衍射位置、强度和线型的Rietveld多晶结构测定

需输入原子参数(晶胞中各原子的坐标、占位几率和湿度因子)、点阵参数、波长、偏正因子、吸收系数、择优取向参数等。

第二十三页,共二十八页,编辑于2023年,星期三衍射分析应用RietveldprofilerefinementWhatistheRietveldmethod?Acomprehensive,computerbasedmethodfrotheanalysisofX-rayandneutronpowderdiffractionpatternsbyleastsquaresfittingofacalculateddiffractionpatterntotheobserveddata.WhatisspecialforRietveldmethod?Thi

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