七节X射线衍射分析的应用PPT课件

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X射线衍射及其应用课件PPT

X射线衍射及其应用课件PPT

2021/3/10
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X-射线结晶学方面获得的诺贝尔奖
➢ 1901:诺贝尔物理学奖授予Wilhelm Conrad RÖntgen.发现X-射 线.
➢ 1914:诺贝尔物理学奖授予Max TheodorFelix von Laue.发现X射线衍射.
➢ 1915:诺贝尔物理学奖授予William Henry Bragg和 William Lawrence Bragg.布拉格定律及晶体结构.
识谱。每一种化学元素产生一种次级X射线辐射,它可被看作是 该元素的特征标志,巴克拉称其为标识X射线。标识谱线被区分 为两个不同的范围:K系列和L系列。
对K系列和L系列的进一步研究得到了有 关原子内部结构的极为重要的结果:是 原子的核电荷,而不是原子量,决定该 原子在元素周期表中的位置。也就是说, 原子的核电荷决定原子的化学属性。
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X射线谱:
X射线管发出的X射线,其波长组成是很复杂的。按其特 征可以分成两部分: 连续光谱 特征光谱
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韧致X射线:当X光管中阴极发出的电子经加速后与阳极靶材相 撞并急剧减速时,其相互作用的产物之一便是被称作白色辐射或 韧致辐射(bremsstrahlung)的连续谱。
的衍射现象,证明了X射线的波动性和晶体内部结构的周期性 。
劳厄(1879~1960)获1914年诺贝尔物理学奖
2021/3/10
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➢ 1912年,小布拉格(William Lawrence Bragg)成功地解释了劳厄的
实验事实。解释了X射线晶体衍射的形成,并提出了著名的布拉格 公式: 2dsinθ=nλ,表明用X射线可以获取晶体结构的信息。
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X射线衍射分析的应用课件

X射线衍射分析的应用课件
尺寸测定等。
X射线衍射分析的应用
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第一节 物相分析
• 物相分析(简称“相分析”):确定物质由哪些相组成和 确定各组成相的含量。
• 确定物质由哪些相组成称为物相定性分析(或称“定性 相分析”,或称“物相鉴定”):
• 确定物质中各组成相的含量称为物相定量分析(或称 “定量相分析”),常以体积分数或质量分数表示。
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(2)字母索引
• 以物相英文名称字母顺序排列。每种相一个条目,占一横 行。
• 条目的内容顺序为:物相英文名称、三强线d值与相对强 度、卡片编号和参比强度号。条目示例如下:
X射线衍射分析的应用
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4.物相定性分析的基本步骤
(1)制备待分析样品; (2)用衍射仪法或照相法获得样品衍射花样; (3)检索PDF卡片; (4)核对PDF卡片与物相判定。
第七章 X射线衍射分析的应用
• 第一节 物相分析 一、物相定性分析 二、物相定量分析
• 第二节 点阵常数的精确测定 一、概述 二、校正误差的数据处理方法
X射线衍射分析的应用
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20000
10.1610
18000
16000
14000
12000
12.1657
CPS
10000
8000
6000
14.8239
样品来源、制备 方法等
氯化钠(NaCl)的PDF卡片
X射线衍射分析的应用
8
X射线的波长不同
同一干涉面的2也不相同
X射线衍射分析的应用
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X射线的波长不同 但同一干涉面的面间距相同
d-spacing
X射线衍射分析的应用
10
3. PDF卡片索引
• 为方便、迅速查对PDF卡片,JCPDS编辑出版了多种PDF 卡片检索手册:

7X射线衍射分析

7X射线衍射分析

eU K EK
由于愈靠近原子核的内层电子的结合能愈大,所以击出同一靶 材原子的K、L、M等不同内层上的电子,需要不同的UK、UL、UM 等临界激发电压。当然阳极靶材原子序数越大,所需临界激发电压 也越高。 增加管流和管压可以提高特征X射线的强度,同时连续谱的强 度也增加,这对常需要单色特征辐射的X射线衍射分析来说是不利 的。经验表明,欲得到最大的特征X射线与连续X射线的强度比,X 射线管的工作电压选在3~5 UK时为最佳。
按粒子形式表达,则它的强度为光子流密度和每 个光子的能量的乘积。
X射线波长
X射线存在于一个波长范围内,不同波长的X射线
有不同的用途。
一般称波长短的为硬X射线,反之,称软X射线。
波长愈短穿透能力愈强,用于金属探伤的X射线波 长约为0.1~0.05 Å或更短, 适用于晶体结构分析的X射线,波长约为2.5~0.5 Å。
二、 X射线谱
X射线管发出
二种谱线:
连续谱
特征谱
图2 不同管压下Mo的X射线谱
连续谱
图中强度随波长连续变化的部分,它和白光相 似,是多种波长的混合体,故也称白色X射线。
特征谱
叠加在连续谱上面的是强度很高的具有一定波 长的X射线,它和单色光相似,故也称单色X射线。
1. 连续谱
规律:
各种管压下,都有一强度最大值,有一短波限(λ0)
原子内层电子造成空位是产生特征辐射的前提,而欲击出靶材 原子内层电子,比如K层电子,由阴极射来的电子的动能必须大于 (至少等于)K层电子与原子核的结合能EK。只有当U≥UK时,受 电场加速的电子的动能足够大,将靶材原子的内层电子击出来,才 能产生特征X射线。所以UK实际上是与能级EK的数值相对应:
随管压的升高,

X射线衍射实验方法ppt课件

X射线衍射实验方法ppt课件
测量动作:θ-2θ联动
❖位于试样不同部位MNO,处平行于 试样表面的(hkl)晶面可以把各自的反射 线会聚到F点
❖沿测角仪圆移动的计数器只能逐个地 对衍射线进行测量。
❖衍射仪应使试样与计数器转动的角速 度保持1:2的速度比
测角仪要求与 X射线管的线 焦斑联接使用 ,线焦斑的长 边与测角仪中 心轴平行。
根据样品中晶体含量大,衍射峰较强的特 点,比较峰值的大小,来判断结晶程度。 1.欣克利法
一般选取110和111晶面进行对比,根据( A+B)/At大小来判断结晶度
衍射分析当中,如果晶体在空间随机分 布,衍射强度的比值为理论值,如果晶体排 列有一定规律,则在测试中某一晶面的衍射 强度变大或变小,计算测试结果中各衍射峰 的强度与PDF卡片中该物质对应的衍射线相 度强度,得到折合的衍射线强度,如果折合 的强度相同,则无取向度,反之,有一定取 向。
觉衍射线的宽化
点阵常数的确定:
根据布拉格方程,测量衍射角度,根据X射线波 长,计算出各个晶面间的距离,从而确定晶体 的点阵常数。
材料密度的测定
根据X射线测试结果,计算出晶胞结构,结合晶 面间距与原子量,计算出材料的密度。
晶体在受到外部应力或者内部应力时晶面 间距会有相应变化。
晶体所受应力可以分为:宏观应力引起的 的晶体间应力,析晶、晶型转变等引起的晶体 间应力,位错等引起的晶体内应力。
马氏体的含碳量与马氏体的四方度c/a或者由精确测定的点阵
参数按上式直接计算出马氏体含碳量。通常,钢中含碳量低时仅
仅表现出衍射线的宽化,只有当含碳量高于0.6形时,原铁素体的衍射线才明显地分 裂为两条或三条线。
在淬火高碳钢中有时出现奥氏体相,它是碳在g—铁中的过饱
和固溶体。奥氏体的点阵参数a与含碳量。呈直线性关系:

第7章X射线衍射

第7章X射线衍射
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3. 产生衍射的极限条件
在晶体中产生衍射的波长是有限度的。只有在X射线波 长范围内的电磁波才适合探测晶体结构。 根据布拉格方程:nλ/2d = sinθ<1,即nλ<2d
对衍射而言,n的最小值为1(n=0相当于透射方向上的衍 射线束,无法观测)。所以产生衍射的条件为:λ<2d。
但是波长过短会导致衍射角过小,使衍射现象难以观测, 也不宜使用。
对应半结晶试样(如:结晶高聚物),其平板照相底片上既 有结晶部分产生的衍射环(或弧,斑),又有非晶部分产生 的弥漫散射环。
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(4)作用 结晶状况:有无结晶,晶粒是否择优取向,取向程度等。 Debye照相较平板照相简便,灵活,且误差小;衍射法更
先进。
(5)影响因素 一张好的照相底片应当包含尽量多的衍射信息(环、弧、 斑),且线条分辨清晰。 影响因素有:入射线波长及单色性,空气散射,光栅孔径 大小,曝光时间,样品结晶状况,湿定影过程等。
L层内有三个不同能级,由量子力学选择定则有两个能级
电子允许迁入K层,故Kα是由Kα1和Kα2组成,Kα1强度系 Kα2的2倍,波长较Kα2短0.04,当分辨效率低时,Kα1与 Kα2分不开。
Kα线的波长用下式表示:
K

2 3
K1

1 3
K 2
4
由M层电子跃迁入K层空位,发生的X射线 称Kβ线。Kβ是由Kβ1和Kβ2组成的,Kβ2因强 度太弱常常被忽略。
第7章 X射线衍射
1
主要内容:
• 7.1 X射线概述 • 7.2 X射线衍射原理 • 7.3 X射线衍射分析方法 • 7.4 X射线衍射在高聚物中的应用
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7.1 X射线概述
当高速电子冲击到阳极靶上时就产生X射线。X射线和光波 相同,是一种电磁波,它显示波粒二象性,但波长较光波 更短一些。X射线的波长范围在0.01~100Å 。

《X射线衍射分析》全册完整教学课件

《X射线衍射分析》全册完整教学课件
I连 =iZU 2
X射线管发射连续X射线的效率η为:
连续X射线总强度 X射线管功率
iZU 2
iU
ZU
当用钨阳极(Z=74),管电压为100kV时,η≈1%,可见效率是 很低的。
连续X射线的用途
连续X射线的用途不多,只有劳埃法才用它。 在其它方法中它只能造成不希望有的背景。
连续X射线(小结)
……
K系特征X射线
当原子K层的电子被打掉 出现空位时,其外面的L、M、 N…… 层 的 电 子 均 有 可 能 回 跃到K层来填补空位,由此 将产生K系特征X射线,
高能电子
包括L层电子回跃到K层产生的Kα特征X射线,M层电子回跃 到K层产生的 Kβ特征X射线和N层电子回跃到K层产生的Kγ 特征X射线。
适宜的管电压选用激发电压 的3-5倍,这时特征射线和连 续射线的强度比最大,峰背 比最高,对于利用特征射线 最为有利。
特征X射线的相对强度
特征X射线的相对强度决定于电子在各能级间的跃 迁几率。由于L层电子比M层电子跃入K层的几率 大,所以Kα线比Kβ线强。
因为L3子壳层上的电子数比L2子壳层上的电子数 多1倍。L3子壳层比L2子壳层的电子跃入K层的几 率大,所以Kα1线比Kα2线强。
X射线衍射分析全册完整 教学课件
X射线衍射分析
伦琴 1845-1923
1895年发现X射线 1896年正式发表 1901年获诺贝尔物理学奖
1912年,劳厄(Max Von Laue,1879-1960)证实
X射线穿过硫化锌晶体后会产生衍射,在底片上出
现四次对称的衍射斑点,既证实了X射线具有波动 性,又验证了晶体具有周期性,标志着原子尺度
这里的µm(= µl /ρ)称为质量吸收系数,表示单位 质量物质对X射线的吸收程度。它只与X射线的 波长以及吸收物质的原子序数有关,与材料的厚 度和密度无关。因此,它可以反映不同元素吸收 X射线的能力。

X射线衍射分析方法和应用专题培训课件ppt

X射线衍射分析方法和应用专题培训课件ppt
确定衍射强度 I
粉末衍射图谱可提供的信息
峰位 面间距d → 定性分析
点阵参数 d漂移 → 残余应力
固溶体分析
强 度
半高宽 结晶性 微晶尺寸
非晶质的积分强度 结晶质的积分强度 定量分析
结晶度
角度(2θ)
实验方法
1、制备样品的方法
• 正压法: • 2)背压法:
2、计数测量方法
1)连续扫描方式 (也称叠扫)
发散狭缝K 样品D 防散射狭缝L
梭拉狭缝S1
梭拉狭缝S2
计数器C 接收狭缝
单色器
焦斑S
接收狭缝F
➢由样品D发出的衍射线, ➢通过防散射狭缝L, 第二组梭拉狭缝S2,
➢会聚于接收狭缝F, ➢再经单色器, 进入计数器C。
发散狭缝K 样品D 防散射狭缝L
梭拉狭缝S1
梭拉狭缝S2
计数器C 接收狭缝
单色器
焦斑S
➢图d 为CaTiO3的XRD谱。 ➢可见: SrTiO3-CaTiO3系固溶体的XRD 谱图与SrTiO3的XRD谱图相似,由于 CaTiO3的加入使峰值、峰形稍有变化。 ➢而混合物的衍射图则是由SrTiO3和 CaTiO3的衍射图叠加而成的,这两种物相 各自的衍射峰清晰可辨。
XRD的应用之三:薄膜材料物相分析
• 定性分析的基本方法:
将由试样测得的衍射花样的d-I数据组与 已知结构的标准衍射花样的d-I数据组(PDF 卡片)进行对比,从而鉴定出试样中存在 的物相。
粉末衍射卡(Powder Diffraction File,简 称PDF)
➢PDF标准卡分为有机物和无机物两大类, ➢每张卡片记录一个物相。 ➢为说明卡片内容,可将卡片分为10个区。
10
PDF卡的内容分述如下: 区间la、1b、1c:低角度区(2<90°) 的

《X射线衍射》PPT课件

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峰于M、N点,直线MN的中点对应
的 2θ角位置为峰位。(适用于峰形
光滑,高度较大情况,此法精度高)
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3°查索引,对照卡片
取三条强线,查数值索引 如果试样为单一物相,则实验数据与标准数据均能基本对 应(主要对应d值) 如果试样为多种物相,则先选取最强峰(100)对应的d值 组与标准数据对应,确定物相;剩余d值再做归一化处理,依 次确定物相。
➢ 1938年,哈那瓦特(Hanawalt)等人--开始收集和摄取各种已 知晶体物相的衍射花样,将其衍射数据进行整理和分类。 ➢ 1942年,美国材料试验协会--最初出版约1300张衍射数据卡 片--ASTM卡片。 ➢ 1969年起, “粉末衍射标准联合委员会”(JCPDS)国际机构, --统一分类和编号,编制标准粉末衍射卡片出版--PDF卡片。
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衍射积分强度公式可简化为: Ia K 1 Ca
Ia为某相的衍射强度,K1为未知常数,Ca为某相的体积分 数,μ为混合物相的线吸收系数。
若混合物中只有两相α和β,其密度分别为ρα、ρβ,线 吸收系数分别为μα、μβ,质量百分比为xα、xβ。
则某物相α的衍射强度为
Ia
K1x
[x(
2区 I/I1 :上述 各衍射线的相 对强度,其中 最强线的强度 为100;
1a 1b 1c 1d
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3区 实验条件:
辐射光源及波长
滤波片(Filler) 相机直径(Dia.) 所用仪器可测最大 面间距(Cut off) 相对强度的测量方 法(I/I1) 参考资料(Ref.)
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度递减顺序排列); 后面依次排列着化学式,卡片编号,(参比强度)。
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多相物质相分析的方法是按上述基本步骤逐个确定其组成 相。
多相物质的衍射花样是其各组成相衍射花样的简单叠加。 与单相物质相比,多相物质分析困难得多。 检索用的三强线不一定属于同一相,而且还可能发生一个
相的某线条与另一相的某线条重叠的现象。 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。 分析实例,请阅读教材。
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强度
三强线
最长线
结构式、矿物名称 或通用名称
化学式及英文名称
数据可靠性
晶体学数据
实验条件
光学及其它数据
样品来源、制备 方法等
氯化钠(NaCl)的PDF卡片
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X射线的波长不同
同一干涉面的2也不相同
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X射线的波长不同 但同一干涉面的面间距相同 d-spacing
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3. PDF卡片索引
为方便、迅速查对PDF卡片,JCPDS编辑出版了多种 PDF卡片检索手册:
分数为fj,样品(混合物)线吸收系数为;定量分析的基
本依据是: Ij随fj的增加而增高,但由于样品对X射线的吸收,Ij亦不
正比于fj,而是依赖于Ij与fj及之间的关系。
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多相混合物样品,线吸收系数
m (m ) j wj
j
质量吸收系数
j相质量吸收系数 j相质量分数
条目的内容顺序为:物相英文名称、三强线d值与相对强 度、卡片编号和参比强度号。条目示例如下:
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4.物相定性分析的基本步骤
(1)制备待分析样品; (2)用衍射仪法或照相法获得样品衍射花样; (3)检索PDF卡片; (4)核对PDF卡片与物相判定。
各种粉末衍射仪用样品片、微背景样品托片
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5. 多相物质分析(混合物相分析)
其内容依次为按强度递减顺序排列的8条强线的晶面间距 和相对强度值、化学式、卡片编号和参比强度值。条目 示例如下:
芬克无机数值索引与哈那瓦特数值索引相类似,主要不 同的是其以八强线条的d值循环排列,每种相在索引中可 出现8次。
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(2)字母索引
以物相英文名称字母顺序排列。每种相一个条目,占一 横行。
力学性质及其加工等各方面的资料信息。 (3)固溶体相的鉴定:d值会发生变化。 (4)计算机自动检索:可节省时间,但最后必须人工核
查。
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二、物相定量分析
定量分析的任务:确定样品中各组成相的相对含量。 一般都采用衍射仪法。 1. 基本原理 设样品中任意一相为j,其某(HKL)衍射线强度为Ij,体积
他将物相的衍射花样特征(位置与强度)用d(晶面间距) 和I(衍射线相对强度)数据组表达,并制成相应的物相 衍射数据卡片。
卡片最初由“美国材料试验学会(ASTM)”出版,故称 ASTM卡片。
1969年,成立了国际性组织“粉末衍射标准联合会 (JCPDS)”,由它负责编辑出版“粉末衍射卡片”,称 PDF卡片(The Powder Diffraction File )。
多实践!!!
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6.应注意的几个问题
(1)实验条件影响衍射花样 在查核强度数据时,要注意样品实验条件与PDF卡片实
验条件之异同。 在定性分析过程中,以d值为主要依据,而相对强度仅作
为参考依据。 在核查d值时,应考虑到低角度衍射线的分辨率较低,因
而测量误差比高角度线条大的情况等。 (2)在分析工作中充分利用有关待分析物的化学、物理、
5
一、物相定性分析
1. 基本原理 不同结构的物相的X射线衍射花样特征不同,据此可以分
析和确定样品中有哪些物相。
方法:制备各种标准单相物质的衍射花样并使之规范化, 将待分析物质的衍射花样与之对照,从而确定样品的组成 相。
6
2. PDF卡片
1938年,哈那瓦特(J. D. Hanawalt)开创各种已知物相 衍射花样的规范化工作。
结晶度分析
残余应力(宏观应力)分析
非晶态材料结构径向分布函数的测定,等等。
• X射线衍射实验方法.李树棠.北京:冶金工业出版社,1993
• 多晶材料X射线衍射 实验原理、方法与应用.黄继武,李周.北京:冶
金工业出版社,2012
3
XRD在材料科学研究中的应用举例
金属材料的塑性形变:孪晶面与滑移面指数的测定(单晶 定向),形变与再结晶织构测定,应力分析等;
物相分析(简称“相分析”):确定物质由哪些相组 成和确定各组成相的含量。
确定物质由哪些相组成称为物相定性分析(或称“定 性相分析”,或称“物相鉴定”):
确定物质中各组成相的含量称为物相定量分析(或称 “定量相分析”),常以体积分数或质量分数表示。
X射线衍射物相分析(简称“X射线物相分析”):用 X射线衍射法确定物质由哪些相组成和确定各组成相的 含量。
Hanawalt无机物检查手册 Hanawalt有机相检查手册 无机相字母索引 Fink无机索引 矿物检索手册等。 检索手册按检索方法可分为两类,一类以物质名称为索
引(即字母索引),另一类以d值数列为索引(即数值索 引)。
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(1)数值索引
以Hanawalt无机相数字索引为例。 其编排方法为:一个相一个条目,在索引中占一横行,
0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2 ()
XRD图参数:衍射峰位置、衍射峰强度(峰高、峰面 积)、衍射峰形、衍射峰半高宽度
2
XRD的应用
单一物相的鉴定或验证
物相定性分析
物相分析
混合物相的鉴定
物相定量分析
点阵常数的精确测定
晶体定向(取向)
织构分析(极图、反极图、织构的取向分布函数)
晶格畸变(微观应变)与晶粒度(晶块尺寸)测定
相变过程与产物研究:马氏体相变,合金时效,相变过程 中产物(相)结构的变化及最终产物,工艺参数对相变的影 响,新生相与母相的取向关系等;
固溶体:固溶极限测定,点阵有序化(超点阵)参数测定、 短程有序分析等;
高分子材料:高聚物鉴定、晶态与非晶态及晶型的确定、 结晶度测定、微晶尺寸测定等。
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第一节 物相分析
第七章 X射线衍射分析的应用
第一节 物相分析 一、物相定性分析 二、物相定量分析
第二节 点阵常数的精确测定 一、概述 二、校正误差的数据处理方法
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20000
10.1610
18000
16000
14000
12000
ห้องสมุดไป่ตู้
12.1657
CPS
10000
8000
6000
14.8239
26.5804
4000
2000
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