材料研究法方法课件：9 多晶X射线衍射方法（第一章）.ppt

1、1( (一一) ) 德拜照相德拜照相( (二）粉晶二）粉晶X X射线衍射仪射线衍射仪(XRD)(XRD)( (三）三）CCDCCD便携式粉晶便携式粉晶X X射线衍射仪射线衍射仪( (四四) ) 粉晶粉晶X X射线衍射仪组成：射线衍射仪组成：4 粉末衍射方法粉末衍射方法第一章第一章 XRD2( (一一) ) 德拜照相德拜照相亦称德拜雪莱法，(Debre一Scherrer method)样品：是多晶体（粉末晶体，200目），装在一个直径 为0.3-0.6mm,长度15mm的柱子中。（样品柱中样品的晶体有无穷多个颗粒，且晶体的取向是随机的）光源：单色X射线。垂直粉末柱照射在样品上。结果：用底片记录。

2、底片环绕粉末柱安装。3入射X射线So2111穿透样品的射线衍射产生的原理：a) 粉末柱中样品的颗粒无数多，并且去向是随机的b) 每个颗粒都含有面网间距不同的一系列面网。c) 对于任意一组面网，如(111)面网。当入射X射线照射到样品上时，必然有部分颗粒的取向正好使得(111)面网处在符合布拉格方程式的方位，即 =2d111sin1114入射X射线So21112111d) 同时还有部分颗粒的取向正好相反，也在相反的方向产生了衍射。5入射X射线So4111e) 还是由于颗粒众多和取向随机，最终导致111面网的衍射分布在一个圆锥面上。圆锥顶角4 111。6f) 对于其他面网也是一样的，也形成顶角为4

3、 的衍射圆锥。7h) 环形围绕样品(粉末柱)安装底片，即得到最终的衍射照片。对于其他面网也是一样的，也形成顶角为4 的衍射圆锥。81 142若已知一个圆周胶片的长度，则可每对弧线之若已知一个圆周胶片的长度，则可每对弧线之间的距离计算出所对应的间的距离计算出所对应的4或或22角度角度对称式安装胶片对称式安装胶片9不对称式安装胶片不对称式安装胶片只要测得入射点和透射点之间的位置只要测得入射点和透射点之间的位置(圆孔圆孔中心距离中心距离)，即可计算，即可计算2角度。角度。10摄谱装置（粉末照相机）如下图所示，相机直径57.3mm或者114.6mm。（相当于周长180mm和360mm)11典型的德拜照

4、片： 金刚石（上）、石墨（下）12徳拜照相的优缺点：徳拜照相的优缺点：优点：仪器装置简单，仪器价格大约几万元即可。优点：仪器装置简单，仪器价格大约几万元即可。缺点：速度慢，测试一个样品需要半天左右时间，还缺点：速度慢，测试一个样品需要半天左右时间，还得冲洗胶片得冲洗胶片(显影、定影、胶片烘干显影、定影、胶片烘干)，测量胶片，测量胶片，d值的测量精度取决于眼睛对谱峰的读取精度，一般值的测量精度取决于眼睛对谱峰的读取精度，一般0.1mm，对应于，对应于d值只能精确到小数后值只能精确到小数后1位或者位或者2位；位；强度的测量完全靠目测，一般最强峰强度的测量完全靠目测，一般最强峰10、最弱峰、最弱峰1

5、。13（二）粉晶（二）粉晶X X射线衍射仪射线衍射仪14把徳拜照相中安装胶片的位置，变成一个可以沿半圆周旋把徳拜照相中安装胶片的位置，变成一个可以沿半圆周旋转逐点测量转逐点测量X射线信号的探测器射线信号的探测器测角仪。测角仪。15相当于沿徳拜照片的中心划一条线，沿该线逐点测量信号相当于沿徳拜照片的中心划一条线，沿该线逐点测量信号强度。强度。16石英的徳拜图和衍射仪测量衍射图石英的徳拜图和衍射仪测量衍射图17粉晶粉晶X射线衍射仪光路图射线衍射仪光路图样品水平安装，样品面朝上样品水平安装，样品面朝上18D8-Focus型粉晶型粉晶X射线衍射仪射线衍射仪19D8-Focus型粉晶型粉晶X射射线衍射仪

6、线衍射仪实测衍射实测衍射图谱图谱横坐标：横坐标：2角度角度(一般角度精度一般角度精度扫描步长扫描步长)：0.012纵坐标：无量纲单位纵坐标：无量纲单位 Intensity/CPSIntensity/CPS (Count per second) (Count per second) or or Intensity/ K CPSIntensity/ K CPS 20纵坐标：无量纲单位纵坐标：无量纲单位 Intensity/a.u.Intensity/a.u.( (Arbitrary Unit)21纵坐标：无量纲单位纵坐标：无量纲单位 Relative Intensity22粉晶衍射仪的优缺点：粉晶

7、衍射仪的优缺点：优点：优点：(1)非破坏性测量，但样品须为多晶粉末状，粒度小于非破坏性测量，但样品须为多晶粉末状，粒度小于200目；目；(2)角度测量精度高，一般角度可以精确到角度测量精度高，一般角度可以精确到0.01，面网，面网间距精确到小数后间距精确到小数后4位；相对强度测量准确，一般按位；相对强度测量准确，一般按最强峰最强峰1000来计算；来计算；(3)测量速度快，测量一个样品约测量速度快，测量一个样品约10分钟。分钟。缺点：仪器价格昂贵，一般都在缺点：仪器价格昂贵，一般都在100万以上。万以上。粉末衍射仪为材料科学领域的常规测量方法。粉末衍射仪为材料科学领域的常规测量方法。23（三）（

8、三）CCDCCD便携式粉晶便携式粉晶X X射线衍射仪射线衍射仪利用利用CCD记录衍射信号，简便快速地进行物相分析。记录衍射信号，简便快速地进行物相分析。24CCD面状探测器面状探测器25单晶硅的衍射圆环及解析出的粉晶衍射图谱2627有时候，衍射环分布不均匀，极端现象是分布为有时候，衍射环分布不均匀，极端现象是分布为衍射斑点，什么原因造成？衍射斑点，什么原因造成？答案：均匀的衍射环答案：均匀的衍射环完全任意取完全任意取向的粉末衍射而得；向的粉末衍射而得； 不均匀的衍射环不均匀的衍射环晶体存在晶体存在摘优取向所致，或因为样品颗粒太粗，摘优取向所致，或因为样品颗粒太粗，或因为样品存在片状、柱状等解理

9、或因为样品存在片状、柱状等解理 衍射斑点衍射斑点样品为单晶体，样品为单晶体，此为单晶衍射效果。此为单晶衍射效果。28便携式粉晶衍射仪的优缺点：便携式粉晶衍射仪的优缺点：优点：优点： 仪器体积很小，方便携带，美国的火星探测器、中国仪器体积很小，方便携带，美国的火星探测器、中国的嫦娥的嫦娥3号都有携带。号都有携带。(目的是为了现场检查物相、传目的是为了现场检查物相、传回衍射数据回衍射数据)缺点：缺点： 角度测量范围有限，一般角度测量范围有限，一般25-45； 角度测量精度低，一般为角度测量精度低，一般为0.2度。度。29（四）粉晶X射线衍射仪组成：A）X射线发生器（X光管）B）测角仪(角度探测器)

10、和强度测量系统C）自动控制与衍射数据分析系统30X射线发生器：是高稳定度的。它由X射线管、高压发生器、管压管流稳定电路和各种保护电路等部分组成。 31强度测量系统：常用于X射线检测的检测器有：盖革检测器（GC）、正比检测器（PC）和闪烁检测器（SC）以及各种强化功能的阵列检测器等。功能：把X射线的光强度信号转化成物理的数字信号 32衍射仪自动控制与衍射数据采集、处理系统：控制控制：扫描速度，扫描范围。 以及仪器校准时的角度校正，测角仪转动等。衍射数据处理分析系统衍射数据处理分析系统由一些常用的衍射图处理程序集成，主要有6项：1. 图谱处理； 2. 寻峰；3. 求面积、重心、积分宽； 4. 减背

11、景；5. 衍射图比较（多重衍射图的叠合显示）；6. 平滑处理。 33衍射图谱处理过程示例(1)原始图谱(2)平滑以后(3)去掉背景(4)标注峰位34衍射数据: 面网间距(d)，衍射强度(I) 但由于无法真正获得绝对的衍射强度数据，因为不同的晶体尺寸、不同的光源特征、不同的仪器种类，所获得的实测衍射强度是完全不可比较的，因此在记录衍射强度的时候，按相对强度记录（I/Io)。35照相方法：得到一张德拜图，并从德拜图可以获得如下数据：（1） d可测量得出；（2） I/Io用目测的方法估计得到36衍射仪方法： 得到一张衍射图谱，并经过处理以后同时得到一张数据表。37No 2theta d value

12、FWHM Intensity area I/Io No 2theta d value FWHM Intensity area I/Io 1 20.8700 4.2528 0.2299 434 73 10 1 20.8700 4.2528 0.2299 434 73 10 2 26.6595 3.3409 0.1500 1092 151 26 2 26.6595 3.3409 0.1500 1092 151 26 3 28.5350 3.1255 0.1700 847 11289 20 3 28.5350 3.1255 0.1700 847 11289 20 4 33.0790 2.7058 0

13、.1400 4231 63786 100 4 33.0790 2.7058 0.1400 4231 63786 100 5 37.0965 2.4215 0.1600 1244 17374 29 5 37.0965 2.4215 0.1600 1244 17374 29 6 40.7845 2.2106 0.1400 1126 13666 27 6 40.7845 2.2106 0.1400 1126 13666 27 7 47.4365 1.9150 0.1400 990 3582 23 7 47.4365 1.9150 0.1400 990 3582 23 8 56.2905 1.6329 0.1700 1861 13232 44 8 56.2905 1.6329 0.1700 1861 13232 44 9 61.6950 1.5022 0.0700 496 3527 12 9 61.6950 1.5022 0.0700 496 3527 1210 64.3000 1.4475 0.1300 509 3971 1210 64.3000 1.4475 0.1300 509 3971 12半高宽半高宽(Full Width at Half maximum)38作业作业 试论述粉晶X射线分析的原理。