X射线衍射——粉末样品的制备PPT课件

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X射线粉末衍射(二)

X射线粉末衍射(二)

导言z晶体学基础z X-射线粉末衍射的基本原理z X-射线粉末衍射仪的构造和组成z X-射线粉末衍射技术z X-射线粉末衍射在催化中的应用物相分析晶粒大小的计算¾物质的性质、材料的性能决定于它们的组成和微观结构。

¾如果你有一双X-射线的眼睛,就能把物质的微观结构看个清清楚楚明明白白!¾X-射线衍射将会有助于你探究为何成份相同的材料,其性能有时会差异极大.¾X-射线衍射将会有助于你找到获得预想性能的途径。

晶体与非晶体的区别¾均匀性-相同的密度、化学组成等¾各向异性-电导率、热膨胀系数、折光率等¾多面体外形¾有确定的熔点¾晶体具有对称性¾晶体对X-射线的衍射晶体:晶体是由原子(离子或分子)在三维空间中周期性排列而构成的。

理想的晶体结构是具有一定对称性关系的、周期的、无限的三维点阵结构。

晶体学基础z230种空间群X-射线粉末衍射的基本原理X-射线是1895年由德国物理学家伦琴(Röntgen)发现,因此也叫伦琴射线。

X-射线是一种波长很短的电磁波(1—10,000pm),能量高,穿透力强,不折射不反射。

而用于测定晶体结构的X-射线,波长为50—250pm,此数值正好与晶体中原子间的数量级相当,因而晶体可作为X-射线的天然光栅。

光波遇到障碍物会或多或少地偏离几何光学传播定律的现象。

包括:单缝衍射、圆孔衍射、圆板衍射及泊松亮斑光在传播过程中,遇到障碍物或小孔(窄缝)时,它有离开直线路径绕道障碍物阴影里去的现象。

这种现象叫光的衍射。

衍射时产生的明暗条纹或光环,叫衍射图样。

衍射是一切波所共有的传播行为。

日常生活中声波的衍射、水波的衍射、广播段无线电波的衍射是随时随地发生的,易为人觉察。

但是,光的衍射现象却不易为人们所觉察,这是因为可见光的波长很短,以及普通光源是非相干的面光源。

当用一束强光照明小孔、圆屏、狭缝、细丝、刀口、直边等障碍物时,在足够远的屏幕上会出现一幅幅不同的衍射图样。

X射线衍射方法详细讲解

X射线衍射方法详细讲解

tan
d d
对2L=R·4微分
L2R
因此
2Rtan
越大,则分辨率越大,故背反射衍射线条比前反射线条分辨率高。
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3. 衍射花样指数标定
衍射花样指数标定:确定衍射花样中各线条(弧对)相应晶 面(即产生该衍射线条的晶面)的干涉指数,并以之标识衍 射线条。 又称衍射花样指数化 衍射花样指标化
不同晶系晶体的衍射花样(衍射图)的标定方法不同,下 面仅介绍最简介的立方晶系的标定。
按样品的化学成分选靶
当样品中含有多种元素时,一般按含量较多的几种元素中Z最小的元素选靶。 11
选靶时还需考虑其它因素:
•入射线波长对衍射线条多少的影响
布拉格方程: 2dHKsLin
K (nm)
Cr
0.228970
Fe
0.193604
Co
0.178897
Cu
0.154056
Cu(Ave) 0.154184
衍射花样、衍射图——diffraction patternΒιβλιοθήκη 2L1802L90 4R S
2L1802L90 4R S
2<90 =90-,2>90
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测量
2倍于此长
因底片开口,无法直接测量的弧段
不对称装片法
在冲洗干燥后的底片上通过测量得到S。
一般将底片置于内有照明光源的底片测量箱毛玻璃上,通过 游标卡尺测量获得2L及S值。
若需精确测量时,则使用精密比长仪。
德拜(Debye)法:用其轴线与样品轴线重合的圆柱形底片 记录。
针孔法:用平板底片记录。
德拜法照相装置称为德拜相机
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1.成像原理与衍射花样特征
成像原理: 厄瓦尔德图解

第二章 X射线衍射分析方法及应用 ppt课件

第二章 X射线衍射分析方法及应用  ppt课件
设备:Bruker D8 ADVANCE 衍射仪.
辐射:单色化的 Cu K 射线
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1-样品制备: 样品碾成粉末,颗粒度小于300目, 取约1g粉末放入样品槽内,用毛玻璃轻压 粉末,使之充满槽内,轻轻刮去多余的粉 末,将样品,置于测角仪中心。
X 光管 固定
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2 - 设置参数并进行衍射花样测量:
(2) 计算面间距d值和测定相对强度I/I1 (I1为最强线的强度)
分析以2<90的衍射线为主, 2测 量精度要达到0.01,d 值计算到0.001位
有效数字。衍射强度取相对强度。
(3) 检索PDF卡片
先进行单相分析,不成功则进行多相 分析
(4) 最后判定存在的物相。
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物相定性分析实例
2.753
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例:图a为SrTiO3的XRD谱, 图b为以SrTiO3为主晶相的SrTiO3-CaTiO3 系固溶体的XRD谱,
图c为SrTiO3-CaTiO3机械混合物XRD谱, 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。
如, Diffractometer代表衍射仪法; Ref.—该区数据来源。
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区间4:物相的结晶学数据, 其中
Sys. — 晶系;
S. G. — 空间群符号;
a0、b0、c0 — 晶胞轴长; A、C — 轴率,A = a0/b0,C = c0/b0 、 、 — 轴角;
Z — 单位晶胞内“分子”数;
衍射曲线:衍射峰 基线

粉末X射线衍射分析 PPT课件

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1.1 晶体
晶体区别于其他状态的物质: 长程有序、有固定熔点、各相异性、自范性
3
1.2 晶体结构与空间点阵
晶体结构(以CsCl为例)
Cl离子和Cs离子 按照一定规律周期排列
Cl
Cs Cs
Cl
抽象出排列周期,物质点抽象为几何 点称结点或等同点,结点在三维作周 期排列构成空间点阵 结点代表的具体内容为结构基元




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二、衍射基础




衍射的产生及衍射方向的确定 劳埃方程及布拉格方程 反射球及劳埃方程在反射球上的表达 布拉格方程与反射球 产生衍射的方法 小晶体衍射线的强度
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2.1 衍射的产生及衍射方向
确定衍射产生及衍射方向的基本原则: 光程差为波长的整倍数
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Laue方程
三维点阵:按周期a,b,c分别沿X、Y、 Z轴构成原子立体网。 三维Laue方程: a •(cos a - cos a0 ) = h b •(cos b - cos b0 ) = k c •(cos c - cos c0 ) = l
C
2q
S/
2q
s S0 /
s
O
2q
S/
终点永远在球面上
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劳埃方程在反射球上的表达
Laue方程
( S S0 ) / H
S/
倒易阵点
S/ H
1 / C
hkl
Hhkl S0/
O
S0 /
反射球342 sinqhkl / H hklHhkl 1/ dhkl
入射方向
粉末X射线衍射分析
0
主要内容:

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:

X射线衍射分析PPT课件

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穿过一层物质,降低一部分动能,穿透深浅 不同,降低动能不等,所以有各种波长的X射
线。
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二.特征X射线
由阳极金属材料决定,波长确定 产生机理:高速电子将原子内层电子激发, 再由外层电子跃迁至内层,势能下降而产生 的X射线,波长由原子的能级决定。 如CuK1=1.5405Å
MoK1=0.7093Å 在X射线衍射分析工作中,利用的是特
征X射线,而连续X射线只能增加衍射谱图的 背底。
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特征X射线的激发原理
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晶体结构
晶体的定义
由原子或分子在三维空间周期排列而成 的固体物质
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一.晶体结构的特征 晶体中原子或分子的排列具有三维空间的周
1·三斜晶系(triclinic)a≠b≠c,≠≠≠90 2·单斜晶系(monoclinic)a≠b≠c,==90≠ 3·六方晶系(hexagonal)a=b≠c,==90=120 4·三方晶系(rhombohedral or trigonal)a=b=c,==≠90 5·正交晶系(orthorhombic)a≠b≠c,===90 6·四方晶系(tetragonal)a=b≠c,===90 7·立方晶系(cubic)a=b=c,===90
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二.标准卡片 标准卡片由国际粉末衍射标准协会搜
编,称JCPDS卡,至2005年已搜集到无机 物、有机物近10万张卡片,而且还在不断 增补。
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d 1a 1b 1c 1d 7

第六章粉末X射线晶体衍射

第六章粉末X射线晶体衍射

经典的相分析方法:
是根据衍射数据dhkl 和I 值,将数据按强度I/I1归一化 处理。根据测得的dhkl和相对强度I/I1与国际粉末衍射标 准联合会(JCPDS)收集发行的粉末衍射图谱集卡片(PDF) 相对照,符合者可以断定这个未知样品就是卡片上注明 了结构和名称的物质。这种方法要求工作者具有丰富的 实践经验和一定水平的专业知况,且比较费时的。
例3:已知Cu靶给出的X射线波长为 0.154nm,将此X射线射在某晶体上,在θ= 10о 27′方向发现某一反射,改用钼靶产生 同样的反射时, θ=4 о 48 ′,求由钼靶产 生的X单立方 点阵(缺7,15,23),用波长154pm的X 射线进行粉末测定,照相机的半径R= 57.36×10-3m,已知a=411pm,计算粉末 图中θ角最小的三对弧线间的距离。
现代计算机应用:
现代仪器均提供计算机检索的功能,这些方法均以 PDF为依据,将待鉴定的样品经X射线衍射所得的数据(面 间距dhkl和相对强度I/I1与一套事先存贮的PDF数据(dhkl和 I/I1)逐一进行匹配检索,以鉴定物相。 计算机检索能给出鉴定物相可能性,仍需要研究者进 行判断。
(一) PDF卡片的内容
例1:分别证明体心点阵,面心点阵的 消光规律 体心点阵F2=f2[1+cos(h+k+l)π]2 面心点阵F2=f2[1+cos(h+k)π+cos(h+l) π +cos(k+l) π]2
例2:CaO的密度是3.32×103kg/m3,如果立方晶 胞的边长是481pm,晶胞中有几个CaO的化学 式?
ASTM Pearson B 体心立方 cI F 面心立方 cF C 简单立方 cP R 简单菱形 hR S 面心斜方 oF N 底心单斜 mC Z 简单三斜 aP ASTM Pearson H 简单六方 hP U 体心四方 tI T 简单四方 tP P 体心斜方 oI O 简单斜方 oP M 简单单斜 mP Q 底心单斜 oC

材料研究方法三X射线衍射分析PPT课件

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结构分析时所采用的就是K系X射线。
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eU=1/2mV2
λmin=hc/eU
.
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三、X射线与物质的相互作用
➢1.透射。强度减弱,波长不变,方向基本不变; ➢2.吸收。①能量以其他能量形式释放,如光电效应、 俄歇(Auger)效应、荧光效应等。②吸收。类似LB定 律。 ➢3.散射。原子使X射线偏离原来方向。 ①波长不变相干散射-Thomson散射;②有能量交换,波长变长, 非相干散射-Compton散射。
.
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本章主要内容
➢ 1. X 射线介绍 ➢ 2. X 射线与物质的作用 ➢ 3. X 射线衍射仪器 ➢ 4. X 射线衍射分析方法 ➢ 5. X 射线衍射应用
.
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一、X-射线的性质
➢ ①肉眼不能观察到,但可使照相底片感光、荧光
板发光和使气体电离; ➢ ②能透过可见光不能透过的物体; ➢ ③这种射线沿直线传播,在电场与磁场中不偏转, 在通过物体时不发生反射、折射现象,通过普通光栅 亦不引起衍射; ➢ ④这种射线对生物有很厉害的生理作用。
穿透能力强,一般条件下不能被反射,几乎完全不发
生折射——X射线的粒子性比可见光显著的多
.
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二、X-射线的产生
1.产生X-射线的方法:是使快速移动的电子(或 离子)骤然停止其运动,则电子的动能可部分转 变成X光能,即辐射出X-射线。
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*X射线发生器的主要部件
➢ (1)阴极:钨灯,电流3-4A,加速电压5-8KV ➢ (2)阳极靶材:Cu/Mo/Ni等熔点高、导热性好的金属 ➢ (3)Be窗:d=0.2mm,可透过X射线。
X 射
铅 屏

线
晶体

《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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粉末均匀撒入样品池→用小刀剁实压紧→刮去多余凸出粉末
涂片法
粉末撒在25mm × 35mm×1mm的 载玻片上→滴 上足量的丙酮或酒精(假如试样在其中不溶解)→
待丙酮/酒精挥发
两种制备几乎无择优取向试片的方法: (1)塑合法 (2)喷雾法
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2020/1/线照射的体积中要保证有足够的 晶粒,保证X射线照射到的样品颗粒取向随机
要测到良好的的衍射线,晶粒不易过细,应在 0.1μm~10μm,晶粒过细会引起衍射线宽化,如 纳米材料
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一般讲,尺寸细且均匀,颗粒成球状,性质比较稳定的 粉末样品是比较理想的。
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X射线的穿透能力很强,一般在10μm~20μm的数量 级。所有必需考虑试样的厚度
通常仪器所附的制作试样的试样矿的厚1.0~2.0mm, 对所有试样的要求已经足够了
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1. 粉末试样的准备
将试样研磨、过筛至手摸无颗粒感
对于软而不便研磨的物质,可冷却变脆,然后研磨
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若试样中具有不同硬度的物质,在研磨中需要不断过筛, 分离出粉化部分,防止过细,最后将试样混合均匀
若试样是块状而且是高度无序取向的微晶颗粒,可直接 使用,如岩石、金属等
金属和合金试样可碾压成平板使用,考虑到加工过程中 引起择优取向,可做退火处理。
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2. 制作试片的技巧
压片法
关于压制样品:一般的粉末样品最好能够盖满整个样品 槽,较少的时候沿着与光源垂直的方向成一个线状分布 也可以,压得时候不要用太大的力气,对于一些粘性比 较大的样品可以先蒙上一张称量纸,上面用玻璃片轻轻 压平,然后将称量纸轻轻取下来即可。
需要注意的问题:对于同一系列的样品,如果力道差别 很大,就会引起样品密度的变化,从而会使衍射的强度 受到影响。
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在粉末样品的制备中,需要把试样研磨成适合衍射实验用 的粉末;然后把试样粉末制成有一个十分平整平面的试片。 确保采样的代表性和试样成分的可靠性,衍射数据才有意 义。
一、对试样粉末粒度的要求
二、关于试片平面的准备
三、关于试片的厚度
四、制作试样的技巧 1. 粉末试样的准备 2. 制作试片的技巧
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