9.X射线衍射法测定晶体结构

X射线衍射法测定晶体结构

一、实验目的

1．了解X射线衍射的基本原理及仪器装置；

2．理解粉末衍射的XRD分析测试方法，并应用XRD 数据进行物相分析。

二、实验原理

X射线衍射分析（X-ray diffraction，简称XRD），是利用晶体形成的X射线衍射，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时，X射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等。晶体对X射线的衍射，归根结底是晶体中原子的电子对X射线的相干散射。当X射线电磁波作用于电子后，电子在其电场力作用下，将随着X射线的电场一起震动，成为一个发射电磁波的波源，其震动频率与X射线频率相同。一个单原子能使一束X射线向空间所有方向散射。但数目很大的原子在三维空间里呈点阵形式排列成晶体时，由于散射波之间的互相干涉，所以只有在某些方向上才产生衍射。衍射方向取决于晶体内部结构周期重复的方式和晶体安置的方位。测定晶体的衍射方向，可以

求得晶胞的大小和形状。联系衍射方向和晶胞大小形状间关系的方程有两个：Laue（劳）方程和Bragg（布拉格）方程。前者以直线点阵为出发点，后者以平面点阵为出发点，这两个方程是等效的，可以互推。

晶体的X射线衍射图像实质上是晶体微观结构的一种精细复杂的变换，每种晶体的结构与其X射线衍射图之间都有着一一对应的关系，其特征X 射线衍射图谱不会因为它种物质混聚在一起而产生变化，这就是X射线衍射物相分析方法的依据。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，从而确定物质的组成相，就成为物相定性分析的基本方法。

三、仪器设备

本实验使用的仪器是Rigaku Ultima X射线衍射仪。主要由冷却循环水系统、X射线衍射仪和计算机控制处理系统三部分组成。X射线衍射仪主要由X射线发生器即X射线管、测角仪、X射线探测器等构成。

四、实验操作

1. 开机准备及操作：

打开循环水冷却系统电源，打开XRD仪器主机电源。计算机与仪器联机通讯。电脑开机，Measurement Server自动运行；打开X射线。点击XG Operation，在X-ray control 点击第三种手动模式X-ray on，约20秒后电压、电流升至20KV、2mA，然后右键点击Execute aging 选择X-ray老化程序（一般选择20100729），左

键点击该按钮执行老化程序。

样品准备：

粉末样品要求磨成320目的粒度，约40微米。粒度粗大衍射强度底，峰形不好，分辨率低。要了解样品的物理化学性质，如是否易燃，易潮解，易腐蚀、有毒、易挥发。

粉末样品要求在3克左右。样品可以是金属、非金属、有机、无机材料粉末。

样品测试：

打开测试软件，设定测试条件。双击Standard Measurement，设定文件名称和样品名称、保存路径；然后设定测试条件，在Condition栏双击，设定起始角度、终止角度、扫描步长和速度、衍射狭缝参数等；将制备好的样品安装在标准样品台上，关好仪器门；在Standard Measurement软件上点击Execute Measurement，开始测量；待测量完毕后打开仪器门，取出样品；测量结束后，关闭X射线。在XG Operation 面板中，将电压、电流设定为20KV、2mA，点击Set，待电压电流达到设定值后点击X-ray off关掉X射线。待X射线关掉5min之后，关闭XRD主机电源、循环水冷却系统电源。

五、结果处理

将测得物质的XRD数据用作图软件做成XRD图谱。根据衍射图谱，选出衍射峰，测量出对应的20和波峰净高度。由布拉格衍射公式换算出晶面间距d；选最高峰I1

为100，换算出其它峰相应的I/ I1，数据列成下表。

实验11 树脂制备

一、实验目的：

理解缩聚反应的机理与特点；2.掌握树脂的制备方法

二、实验原理：

树脂塑料是第一个商品化人工合成聚合物，具有高强度和尺寸稳定性好、抗冲击、抗蠕变、抗溶剂和耐湿气性能良好等优点。聚合物可作为粘合剂，应用于胶合板、纤维板和砂轮，还可作为涂料，例如清漆。含有树脂的复合材料可以用于航空飞行器，它还可以做成开关、插座及机壳等。

线形树脂是在以酸为催化剂，稍过量的条件下缩聚反应，得到的产物属于结构预聚物，单凭加热是不能固化，需要添加交联剂才能固化，形成的线形树脂为芳环的邻位和对位之间的随机连接；甲阶树脂是以碱为催化剂，甲稍过量的条件下缩聚反应，形成醇无规预聚物，继续加热可以直接交联固化形成网状的树脂。

线形树脂是甲和以0.75~0.85：1的摩尔比聚合得到，常以草酸或硫酸作催化剂。由于加入甲的量少，只能生成低分子量线形聚合物。线形树脂可作为合成环氧树脂原料。与环氧氯丙反应获得多环树脂，也可作为环氧树脂的交联剂。

三、化学试剂和仪器：

试剂：、37%甲水溶液、草酸、水

仪器：三颈瓶、球形冷凝管、聚合装置一套

四、实验步骤

1.装好实验装置

2.将26ml （0.3mol）、3ml蒸馏水、37%甲水溶液18.5ml以及0.3g草酸加入三口瓶，搅拌下加热60-70 反应20-30min。

3.逐渐升温至90 ，继续回流1.5-2h。期间无色溶液变为白色浊液。

4.将瓶中的物料倒入烧杯中，然后加入100ml水，并使反应物冷却，使树脂静置10min，将上部的水层倾析出来。洗涤产物2次，得到产物为白色粘性物质。

五、实验注意事项：

1、在加热过程中要缓慢进行加热，因要充分溶解，升温过快时，可能会出现凝胶；

2、实验中，在40 下为固体，且在空气中易被氧化，在实验过程中，先将融化后再加入到三颈瓶中，因此在加入时应快速；

3、因具有腐蚀性，在实验时注意不要碰到皮肤上。

六、思考与讨论缩聚反应的机理。