中科院物理所-Rietveld方法原理
材料现代分析测试方法-rietveld
材料A的Rietveld分析
通过Rietveld分析确定了材料 A的晶格参数和晶体结构。对定量 分析,确定了多相材料的不 同相的含量。
应力分析中的Rietveld 分析
利用Rietveld分析和细致的晶 格参数测定,研究了材料内 部应力分布的变化。
材料现代分析测试方法rietveld
欢迎来到本次演讲,我们将介绍材料现代分析测试方法中的一种重要技术— —Rietveld分析。让我们一起探索这个引人入胜的领域。
什么是Rietveld分析
Rietveld分析是一种用于材料结构精确测定和相对定量分析的X射线衍射技术。它通过模拟实验光 谱与理论衍射谱之间的匹配,获得材料中的晶格参数、晶体结构和物相信息。
高分子材料
用于聚合物晶体结构、配位化合物和疏水 材料的分析。
Rietveld分析的优势和局限性
优势
• 高精度的结构测定 • 广泛适用于不同材料和结构类型 • 非破坏性分析
局限性
• 对样品质量和衍射数据的要求较高 • 无法解析非晶态或非结晶态样品 • 需要对实验结果进行仔细解释
Rietveld分析的实例和案例研究
总结和展望
Rietveld分析作为一种先进的材料现代分析测试方法,在材料科学和许多其他领域具有广泛应用前 景。希望本次演讲能为大家提供了对Rietveld分析的全面了解和启发。
3 模型优化
4 结构分析
通过最小二乘法将实验和计算的衍射谱 拟合。
从拟合结果中提取材料的晶格参数和晶 体结构信息。
Rietveld分析的应用领域
材料科学
用于研究材料的晶体结构、相变以及材料 表征。
地球科学
用于研究岩石、矿石和地质样品的晶体结 构和相组成。
药物化学
2 重要 关于Rietveld拟合的方法及其说明应用
5.强度准确衍射谱的收集及分峰,校核空间群
解结构时,强度准确比位置准确,高分辨更重要
6.解初始结构(包括结构扩展)
直接法,派特逊法,电子密度图,差值电子密度
程序:SHLEX,MULTAN等
7.结构精修
Rietveld精修,DBWS,XRS,GSAS等
8.列表输出各种结构参数、绘制分子结构及晶体结 构图
2.高温超导体YBa2Cu3O7-x
常以孪晶出现,不宜用单晶法 O:X射线不灵敏,中子灵敏 Cu,Y:中子散射强度相近,不易分辨。X射线原 子散射因子有较大差别,可分辨 结合XPD和NPD数据得出O 的立体化学与Cu-O 键长,Y、Cu的无序,并很好联系了超导特性。
五.粉末衍射从头晶体结构测定:
• 影响高分辨率的因素: (1)仪器因素:
1)衍射几何:平板样品,表面偏离轴心 2)光源的发散与多色性:使衍射峰宽化,
不对称 3)仪器制造与调整的准确度
(2)样品因素: 样品的吸收,晶粒尺寸,点阵畸变等 微结构因素
• 改进措施:
1)小狭缝,特别RS,还有Sollar狭缝要长 2)提高仪器制造精度,细心调整与操作 3)用小焦点X射线管 4)用真聚焦测角仪(如Guinier几何) 5)用入射线单色器代替衍射线单色器
Bi2O3 Sb2O3 Co2O3 Cr2O3 MnO2 ZnO 1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 97.5%
6 2 2 0.5 7 4 84.5%
传统法结果:
1. Co2.33Sb0.67O4(15-517) 2.尖晶石,误差大
#1 指标化:a=0.8541nm与0.854(15-517)吻合良好 全谱拟合 Rwp=12.80% Rexp=2.56% GoF=4.98% 可认为相组成即为Co2.33Sb0.67O4
Rietveld方法在无机材料中的一些应用的开题报告
Rietveld方法在无机材料中的一些应用的开题报告【摘要】Rietveld方法是一种针对X射线和中子衍射数据处理的技术,它可以非常有效的进行物质结构的分析和结晶学信息的提取,被广泛应用于无机材料研究领域。
本文将介绍Rietveld方法的原理和一些应用,包括晶体结构分析、相变研究、固溶体分析、无机材料的纯度分析等方面,以期探索这种方法在无机材料中的更多应用。
【关键词】Rietveld方法;无机材料; X射线衍射;中子衍射;结晶学一、引言Rietveld方法是一种基于X射线和中子衍射数据处理的技术,它由荷兰物理学家Rietveld于1969年发明并提出。
该方法可以通过对被测物质的衍射数据进行全面的分析和处理,得到物质的结晶学信息、晶体结构信息以及物质特性等相关信息,从而为无机材料研究提供了新的思路和工具。
本文将探讨Rietveld方法在无机材料中的一些应用,包括晶体结构分析、相变研究、固溶体分析、无机材料的纯度分析等方面。
在这些应用中,Rietveld方法优越的实验数据分析能力被充分利用,为无机材料的研究提供了更多的思路和方法。
二、Rietveld方法的原理Rietveld方法的主要基础是全谱拟合法(Full profile fitting),它的核心思想是利用衍射图样的全谱信息,直接拟合实验观测值和计算出的高质量衍射图之间的差异,确定样品晶体结构参数和衍射峰强度系数的一个过程。
与传统的衍射数据分析方法不同,它可以对瑕疵、无序和离散取向体等复杂情况进行处理,得出高精度的结晶学参数。
Rietveld方法的处理过程可以分为如下步骤:1.建立初值模型:根据物质研究对象的特性、晶体结构等先建立一个初值模型,作为后续计算的起点。
2.收集衍射数据:利用X射线或中子衍射技术获取样品的衍射数据。
3.全谱拟合:利用初始模型计算出物质的理论衍射谱,并将其与实验数据进行全谱拟合,调整模型参数,反复迭代,直到模型与实验数据拟合较好。
Rietveld 结构精修原理与应用
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5 6
1 4 选择峰型函数类型,根据CMPR修改各个 峰型参数
2
3
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这是按下“powpref”的画面,跑 完后按任意键继续
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再按一下“genles”开始计算最小平方
循环递回次数
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红色x为实验值,绿色实线为拟合值, 紫色实线为实验值与拟合值的差,这一 个图形窗口我们可以留着不要关掉,他 会随着我们的精算一路更新。
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精算峰型函数
精修所有原子的坐标,热振动,占位
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当精算的到的最佳的時候,如上图,紫色的差值几乎成为一直线。 χ2与R-factor都到达最佳后,我们可以把结果給输出。
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⑦ 精修结果的判定 • 差值线尽量平直 • Rwp ,Rp尽可能的低,低到15%认为可以接受,低到10%以下,认为精修结果能令人满意。 • χ2拟合度因子应趋近等于1 • 化学键长键角应该在合理的范围内
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(2)粉末衍射技术: 三维空间数据被压缩成一维,数据太少,无法得到电子云 密度图,因此很难解出结构。 缺点:方法很复杂
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4
1966年,荷兰科学家Hugo M Rietveld 采用拟合整个衍射图谱 (峰位、强度、线形等)来精修晶体结构,最初用于中子粉末衍 射。
某衍射峰(hkl)的衍射净强度: Yhkl=Ghkl*Ihkl
Xj , Yj , Zj是原子j的原子坐标;hkl是产生衍射的晶面指数;fj是j原子的散射因子。
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Rietveld方法X射线粉末衍射分析报告之一
Rietveld方法X射线粉末衍射分析报告之一李家驹 (中国科学院地质与地球物理研究所 北京) (岛津国际贸易(上海)有限公司 北京办事处 北京) 水泥熟料的物相定量分析1)水泥熟料的四个主要物相是硅酸三钙(Alite, Ca3Si2O7,C3S),硅酸二钙(Belite,Ca2SiO4, C2S),铝酸盐Aluminate,Ca3Al2O6,C3A)和铁铝酸盐(Ferrite,Ca4Al2Fe2O10,C4AF),以及微量的MgO(方镁石),CaO或硫酸盐及非晶态相等,有时出现一些反应不完全的残留相,如二氧化硅(SiO2,石英),甚至出现一些新的物相,还有一些添加的改善水泥质量与性能的石膏等。
前四种物相的含量的差别是水泥标号的指标。
因此水泥的物相的定量有实际意义。
只有最佳组合相的原材料混合物,才能生产高质量的水泥。
2)传统的水泥物相定量有三种方法。
(1)Bogue法:利用X射线荧光光谱分析的成分,按几种假设物相配分,计算出主要物相的含量。
但是有以下问题。
a.由于生产过程中变化的因素,并非完全产生理想的物相。
b. 非晶态相的含量。
(2)利用光学显微镜(OM)或扫描电子显微镜加能谱(SEM+EDX),计数统计熟料的物相晶粒面积,以及化学成分。
问题是物相判断准确度,特别是细微颗粒,非晶态等的观察和统计。
(3)X射线粉末衍射法(XRD) 。
利用各个物相的主要衍射峰强度的方法。
但由于水泥熟料物相晶体结构的复杂性,衍射峰的重叠。
即使非常注意样品的研磨与制备,对于定量的精确度与准确度有所改善,在工厂实验室,比前两种方法要好。
根据X射线粉末衍射法的所谓‘直接法’,是唯一能够直接提供熟料物相的分析方法。
以上三种定量方法的比较,使用显微镜方法,C3S与C2S的定量精度高一些,由于C3A与C4AF近似,所以XRD方法比较准确。
3)利用Rietveld方法的定量分析。
虽然提出Rietveld方法的基本思想是利用粉末衍射数据解析晶体结构。
Rietveld全谱拟合及应用
Yi Yib Yik k 精品课件
3. 根据结构模型计算粉末衍射谱Yic。
4. 改变结构模型(结构参数),利用 非线性最小二乘法时计算谱拟合实 测谱。
M iW i(YioYic)2
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5.判别因子R
Rp=| Yio-Yic |/Yio Rwp=[Wi (Yio-Yic)2/WiYio2]1/2
Rietveld全谱拟合及 应用
精品课件
一、Rietveld全谱拟合--多晶体衍射 全谱拟合
所谓多 晶体衍射谱,调整这些结构参数与 峰型函数使算得的多晶体衍射谱能 与实验谱相符合,从而获得结构参 数和峰型参数的方法。这一逐渐逼 近的过程就称为拟合。
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始就同时对所有的参数精修,则参数改 变的途径会很多,可能使得到的最小二 乘法收敛到伪极小。
因此,Rietveld精修总是分布 进行。先调整、精修1~2个参数,将其 它的固定在处之。在最小二乘方极小后, 在增加1~2个参数,这样逐步增加,直 到全部参数都被修正。
精品课件
一般地,先精修的常是定 标因子和零位校正,接下来是本底 参数和晶胞参数,其后是原子坐标, 占有率和各向同性温度因子,再后 是考虑各种线性参数,如高斯峰宽 中的U、V、W,洛仑兹峰宽中的X、Y、 Z,PV函数中的比例因子等,最后是 各向异性温度因子的精修。
精品课件
Structural model
Raw data
shif t
Rietveld Refinement
Refined model
精品课件
全谱拟合原理 1.衍射峰可用函数模拟(Gik为峰形函数)
Yik Gik Ik
Ik SMkLk Fk 2
七、RIETVELD
N −P
=[
Rwp Rexp
]2
(7-22)
§4. 实验
Rietveld 法是基于 X 射线衍射图分析晶体结构,获得信息的可靠性依赖于实验数据的
可靠性。精度不高的实验数据,不要用来进行 Rietveld 法全谱拟合。只有在知道了晶体结 构的基本参数以后,才可以用 Rietveld 法对晶体结构进行精整。 1. 波长 结构分析要求衍射峰的数目与晶胞中独立的原子数之比大于 10,结构精整为 5。这里, 独立的原子数是指晶胞的等效点系的数目,取决于空间群及晶体。例如,金刚石和尖晶石 同属 F
3.择尤取向
Bragg峰的强度Ik由于择尤取向进行修正 Pk = [ P12 cos 2 α k + P1−1 sin 2 α k ]−3/ 2 (7-10)
P1是修正因子,αk为散射矢量与晶粒法线方向之间夹角。择尤取向修正是一可选项,根据
需要可以进行修正,也可以不进行修正。
4.吸收
吸收校正因子与样品形状有关。柱形样品的吸收校正因子为
Ik由下式表达
I k = SM k Lk | Fk |2 Pk Ak Ek
(7-3)
这里,S是标度因子,Mk是多重性因子,Lk是Lorentz极化因子,Fk是结构因子,Pk是择尤取 向因子,不存在择尤取向时Pk=1, Ak是吸收校正因子,Ek 是消光修正因子。
Bragg峰的位置由点阵参数、零点、X射线波长等因素确定。
(VF)p = (S V2)p / Σ(S V2)I
(7-18)
2.分析结果评估
Rietveld方法分析结果的可靠性是通过计算可信度因子(R因子)来评估。通常,R因
子的值越小,拟合的可靠性越大。R因子有下面几种计算方法 衍射谱R因子
Rietveld方法简介
Rietveld方法简介从1967年里特沃尔德根据中子衍射图谱,提出衍射峰形拟合法修正晶体结构以来,由于中子衍射峰型简单,且基本复合高斯分布,在20世纪70年代初,里特沃尔德衍射峰形拟合法在中子粉末衍射修正晶体结构方面得到了广泛的应用,并获得了成功。
1977年以后里特沃尔德图形拟合修正晶体结构的方法开始用于X射线粉末衍射,其中包括同步X射线辐射源的应用,得到了很大的发展。
Rietveld图形拟合修正结构法,就是利用电子计算机程序逐点(通过一定的实验间隔取衍射数据,一个衍射峰可以取若干点衍射强度数据,这样就可以有足够多的衍射强度实验点)比较衍射强度的计算值和观察值,用最小二乘法调节结构原子参数和峰形参数,使计算峰形与观察峰形拟合,即图形的加权剩余差方因子Rwp为最小。
由于所修正的参数都不是线性关系,为了使最小二乘法能够收敛,初始输入的结构原子参数必须基本正确。
因此Rietveld方法只用于修正结构参数,它不能用于测定未知结构的粉末试样的晶体结构。
Rietveld方法用最小二乘法修正的参数有两类:(1)结构参数:包括在不对称单位内全部原子的位置xi , yi , zi,比例因子S(scale factor),全部原子的各向同性或各向异性的温度因子Bi;(2)峰形参数:包括峰形半高宽参数U、V、W,仪器的零点Z0, 晶体的点阵常数a, b, c, α, β, γ以及峰形的不对称参数、择优取向参数等。
Rietveld图形拟合修正结构法是否能够获得满意的结果,受到很多因素的影响:如峰型函数Gk,峰宽函数Hk,背景函数Yib,择优取向的校正等,因此Young等经过建议修正结构参数和峰型参数的顺序(见文献)。
选择正确的修正晶体结构的策略,可节省大量时间和避免过失。
Rietveld法晶体结构修正结果的正确性虽然用拟合图示法(包括全谱的观察值和计算值,以及它们之间的差值)可能是最好的一种表示法,但剩余方差R因子也是一种常用的作为Rietveld法修正结果的数值判据。
Rietveld方法原理
目录
• Rietveld方法的简介 • Rietveld方法的原理 • Rietveld方法的实施步骤 • Rietveld方法的优势和局限性 • Rietveld方法的应用领域 • Rietveld方法的未来发展
01
Rietveld方法的简介
Rietveld方法的定义
析。
B
C
D
对实验条件要求严格
Rietveld方法需要严格的实验条件,如温 度、湿度、压力等,以确保实验结果的准 确性和可靠性。
仪器设备昂贵
进行Rietveld分析需要高精度的X射线衍 射仪等昂贵的仪器设备,因此成本较高。
05
Rietveld方法的应用领域
矿物学
确定矿物成分
通过Rietveld方法分析矿物衍射数据 ,可以精确测定矿物的化学成分,包 括微量杂质和固溶体。
Rietveld方法是一种用于分析晶体结 构的方法,通过分析X射线或中子衍 射数据,推断出晶体中原子的位置和 取向。
该方法基于晶体学原理,利用衍射数 据中的强度和角度信息,通过数学模 型和计算,确定晶体的晶格参数、原 子坐标、取向等结构参数。
Rietveld方法的重要性
Rietveld方法是研究晶体结构的重要手段之一,广泛应用于材料科学、化学、生 物学等领域。
实验操作
对样品进行适当的处理和安装,确保样品的稳定性和 代表性。
数据记录
记录实验过程中收集到的X射线衍射数据,包括衍射 峰的位置、强度和宽度等信息。
晶体结构解析
峰形拟合
结构验证
对每个衍射峰进行峰形拟合,提取出 衍射峰的位置、强度和宽度等参数。
通过计算模拟的衍射图与实验数据对 比,验证晶体结构模型的准确性。
Rietveld 结构精修原理与应用
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汇报人:
应用效果:提高了核磁共振实验的精度和准确性为样品的结构分析提供 了有力的支持。
05
Rietveld 结构精修的 未来发展
Rietveld 结构精修技术的改进与创新
提高计算效率:通 过优化算法和并行 计算技术提高精修 速度
提高精度:通过引 入更高精度的测量 技术和更精确的模 型提高精修精度
扩展应用领域:将 Rietveld结构精修 技术应用于更多领 域如生物大分子、 纳米材料等
Rietveld 结构精修的算法流程
输入:X射线衍射数据、晶体结构模型 计算:根据输入数据计算结构因子 拟合:将计算结果与实验数据进行拟合 优化:根据拟合结果调整晶体结构模型 输出:优化后的晶体结构模型
Rietveld 结构精修的优缺点
优点:精确测定晶体结构适用于多种晶体材料 缺点:需要大量数据计算量大需要专业软件支持
添加 标题
案例目的:通过 Rietveld 结构精修可以获 得更精确的晶体结构信息从而更好地理解晶 体的物理和化学性质。
添加 标题
案例结果:通过 Rietveld 结构精修可以获 得更精确的晶体结构信息从而更好地理解晶 体的物理和化学性质。
Rietveld 结构精修在粉末 X 射线衍射中的应用案例
Rietveld 结构精修在单晶 X 射线衍射中的应用案例
添加 标题
案例背景:单晶 X 射线衍射是一种常用的 结构分析方法Rietveld 结构精修是其中一 种重要的数据处理方法。
添加 标题
案例方法:首先通过单晶 X 射线衍射实验 获得衍射数据;然后使用 Rietveld 结构精 修方法对数据进行处理和分析;最后得到更 精确的晶体结构信息。
药物设计:利用 Rietveld结构精 修技术进行药物 设计提高药物研 发效率
Rietveld结构精修原理与应用特选资料
专业课
9
(2)CIF数据 American Mineralogist Crystal structure Database ICSD数据库 Crystallograpgy Open Database Findit
(3)精修软件 GSAS,Topas ,fullprof ,Jana2006 ,MDI Jade,
这样我们就可以在工作目录下面找到
Al2O3.LST文件,用写字板打开,所有
的信息都包括在里面。包括晶格常数,
峰形函数,背景函数,温度因子及其他
们的误差。需要注意的所有拟合的数据
都在里面,所以我们要选取最后的数据。 专业课
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• 2.衍射晶面的导出
点击菜单栏Results,在下拉菜单中选择reflist,分
专业课
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专业课
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④CIF数据录入
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专业课
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这是选择使用汇入晶格资料档的画面
专业课
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⑤ 衍射数据、仪器参数的录入
选择XXX.gsas数据 选择实验仪器参数档XXX.ins
专业课
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这是输入完成后的画面
专业课
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⑥ 精算各个参数
选择背景函数
专业课
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标度因子
专业课
• 1. 原理
主要内容
• 2. 精修步骤与策略
• 3. 结构精修
专业课
1
1.原理
技术方法:
(1)单晶衍射技术 得到上千个数据,通过傅 里叶转换得到电子云密度 图
(直接法,patterson 法) 优点:方法简单,结果可信
度高 缺点:但是经常很难得到足
Rietveld精修原理全文
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2
➢ 其他参数 ④ 晶粒形状
默认球形 可选:
椭球形 其他形状
计算谱的构成
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2
计算谱的构成
➢ 其他参数 ⑤ 织构函数
Pk
exp(
G
2 k
)
Pk
exp[G( 2
k )2]
Pk
3 2
(G2 cos2 k
sin2 k
G
)
其中G为择优取向修正参数,k为择优取向晶面与衍射面的夹角。
21
2
➢ 其他参数 ⑥ 应力及其它因素
物相的晶体结构通过查找各种晶体结构数据库而获得。
12
2
➢ 其他参数 峰形函数G
计算谱的构成
衍射峰的形状以一个函数来拟合
Gaussian函数
I 2
I ek (2 2 p )2 p
峰形对称,适合于中子衍射
Cauchy函数 Cauchy平方函数
I
2
1
k
I
(2
p
2
p
)
2
I2
Ip
1 k(2 2 p )2
物相的晶体结构通过查找各种晶体结构数据库而获得。
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计算谱的构成
➢ 晶体结构
ICSD——无机晶体结构数据库(The Inorganic Crystal Structure Database,简 称ICSD)由德国的The Gmelin Institute (Frankfurt)和FIZ(Fach informations zentrum Karlsruhe)合办。https://icsd.fiz-karlsruhe.de/search/。 CSDS——剑桥结构数据库系统(The Cambridge Structural Database System,简 写为CSDS)。 ICDD——国际衍射数据中心(The International Centre for Diffraction Data,ICDD)。 NIST——NIST Crystal Data:Http:///srd/3.h也包含有23000条 晶体结构。 COD——Crystallography Open Database,晶体学开放数据库(COD)。通过网站访 问,其中包含较多的晶体结构数据。 当然,通过文献,查找一些最新发表的结构,也是前沿研究必要的工作之一。
Rietveld独家使用说明
2 2
sin
) B(
2
sin
)2
The mean square displacement of the atom in a direction normal to the reflecting planes
n1 i
i RELAX CC
n i
Where RELAX is relaxtion factors that are used to control the shifts to avoid divergence;
S. G.: P63cm (No. 185) a=9.4235(4)Å, c=17.602(1) Å 1100C
S. G.: R-3 (No. 148) a=13.0441(1)Å, c=9.5291(1) Å 1140C X.Z. Li, X.L. Chen, et. al. 2004
Rietveld法的理论分析及其在相分析中的应用
Rietveld法的理论分析及其在相分析中的应用X射线多晶衍射的Rietveld法是一种在材料结构分析领域被广泛采用的方法。
本文通过XRD图谱的模拟计算清楚的解释了Rietveld法的原理,并利用该方法对一些合金相的晶体结构进行了研究。
1.XRD图谱的模拟计算根据X射线衍射强度理论,采用不同的峰形函数计算了Ti粉的衍射谱,在加入择优取向因子校正后还计算了冷轧Ti片的衍射谱。
从总体上看计算谱与实验谱大致相符。
2.晶体结构精修采用Rietveld法对三元化合物Zn<sub>55.24</sub>Al<sub>18.86</sub>Zr<sub>25.9</sub>的晶体结构进行了研究,Rietveld精修的可靠性因子为Rp=7.15%,Rwp=9.56%。
该化合物属正方晶系,空间群为P4/mmm,点阵常数:a=b=4.07080(3)(?),c=4.07366(9)(?)。
精修的结果表明Zr原子占据1a位置,部分Zn原子占据2e位置,另一部分Zn原子和Al原子混合占据1c位置。
最后通过理论计算验证了所得结构的合理性。
采用Rietveld法对三元硼化物Mo<sub>2</sub>NiB<sub>2</sub>的晶体结构及相变进行了研究,结果表明在掺V后Mo<sub>2</sub>NiB<sub>2</sub>的晶体结构发生了由斜方向正方的转变。
Mo<sub>2</sub>NiB<sub>2</sub>的点阵常数:a=7.0914(2)(?),b=4.5639(9)(?),c=3.1787(8)(?),精修的可靠性因子为Rp=6.74%,Rwp=8.52%。
Mo<sub>2</sub>NiB<sub>2</sub>掺V的点阵常数:a=b=5.8244(5)(?),c=3.1239(6)(?),可靠性因子为Rp=5.69%,Rwp=7.41%。
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What can we get to perform a Rietveld refinement?
Lattice Parameters Atomic Positions Atomic Occupancy Debye Temperatures Crystallinity Magnetic structures Quantitative phase Analysis Grain size Incommensurate Structure Structure factors Phase transitions ……
Lecture notes
Rietveld 方法原理
陈小龙
中国科学院物理研究所
2006.10 杭州
Isostructural Compounds
Nd(Gd)
Nd2CuO4 a=0.39419nm c=1.21627nm ZNd=0.353
Gd2CuO4 a=3.8938nm c=11.8810nm ZGd=0.349
Fhkl f i e 2 ( hxi kyi lzi )
i
n
where, fi atomic scattering factor for ith atom xi, yi and zi the fractional coordinates for ith atom
f i f i 0e M M 8 u (
• Von Dreele, Jorgensen and Windsor extended to the program to the neutron diffraction data (1982)
• Fitch et al, 193 refined parameters,UO2 DAs.4D2O (1982)
2
1
2
opt
i i i 1
p 2 2
A1=b
1= 0+ 1
1 is a shift.
S is the scale factor of the phase Lh contains the Lorentz, polarisation and multiplicity factors. Fh is the structure factor Ah is the absorption correction Ph is the preferred orientation function Ω is the reflection profile function that models both instrumental and sample effects
• Conference on Diffraction Profile Anlysis Sponsored by IUCr in Poland, suggested the term “Rietveld Method”(1978)
• Wiles and Yang developed a general computer program (D.B.W) for both x-ray & neutron diffraction data (fixed wavelength)(1981)
and CC is a multiplier.
What we need to perform a RR?
A set of step-mode scanned data, usually 2=10-120˚ or more, step 2=0.02˚ collecting time is instrument dependent from 1-20s for laboratory diffractometer; An initial structural model having roughly accurate lattice constants, correct space group and approximate atomic positions
• Rietveld developed first computer Program for the analysis of neutron data for Fixed-wavelength diffractometers (1969) • Malmos & Thomas first applied the Rietveld refinement method (RR) for analysis of x-ray powder data collected on a Ginier Hagg focusing Camera (1977) • Khattack & Cox first applied the RR to x-ray powder data collected on a diffractometer (1977)
3600
3500
L. Wu, X.L. Chen, et. al. 2004
3400 0 1
value of x
2
3
4
Phase transition of BaTiO3 from tetragonal to cubic at about 132˚C
YBa3B3O9: Phase transition and structure determination
Given a solution =opt(1, 2… p) that approximately satisfy the above equation. To find a better solution, we begin an iterative process by expanding into a Taylor series.
2 2
sin
) B(
2
sin
)2
The mean square displacement of the atom in a direction normal to the reflecting planes
n1 i
i RELAX CC
n i
Where RELAX is relaxtion factors that are used to control the shifts to avoid divergence;
Final Refinement of New compound of LiAlB2O5
50000 LiAlB2O5
40000
Intensity (counts)
30000
Iobs Ical peak position Iobs-Ical
20000
10000
0
-10000 20 40 60 80 100 120
2 (degree)
Structure vs Temperature:KCaCO3F
0.8120(3) 0.1880(3) 0.5 by x-ray data
LiSr4B3O9 : A comparison between structure determination from single-crystal and powder X-ray diffraction
Raw data
Rietveld Refinement
Refined model
How RM works?
The RM refines a structure by minimizing a quantity through the Newton-Raphson algorithm
where, yi is the observed intensity at a certain 2, yc,i is the calculated intensity at the same angle, wi is a weight, we usually take wi=1/yi i=1,2,…n =( 1 2 …p), the parameters to be refined.
XRD patterns of Solid solution NaSr4-xBaxB3O9 (0≤x≤4) :First cubic borate only with BO3
15.9 15.8
x=4
Lattice parameters
15.7 15.6 15.5 15.4 15.3 15.2
x=3.5
What is a Rietveld Refinement?
-a standard treatment of powder diffraction data to make the final structural model achieve the accepted criterion; -a best known method that fully makes use of the step-mode scanned data to dig out a lot of structural and other information; - a procedure for structural solution in nature.
History Review
• Rietveld originally introduced the Profile Refinement method (Using stepscanned data rather than integrated Powder peak intensity) (1966,1967)
[B3O7]5- & [AlB2O7]5-
Structural Data for LiAlB2O5
atoms Li (1) Li (2) Al B (1) B (2) O(1) O(2) O(3) O (4) O (5) site 4e 4e 8f 8f 8f 8f 8f 8f 8f 8f x 0.0000 0.0000 0.1948(2) -0.0662(7) 0.2341(8) 0.0582(4) -0.1232(3) -0.1386(4) 0.1581(4) 0.1846 (3) y 0.378 (1) 0.159 (2) 0.1523(2) 0.3266(7) -0.0050(6) 0.2754(3) 0.2944(3) 0.4271(3) 0.0184(3) 0.1071(3) z 0.2500 -0.2500 0.1510(2) -0.0308(8) 0.4071(8) 0.1104(4) -0.1897(3) 0.0238(4) 0.2428(4) -0.0311(4) B(Å2) 2.6(3) 3.2(3) 1.18(4) 1.5(1) 1.4(1) 1.63(8) 0.98(8) 1.76(8) 1.64(8) 1.19(8)