XRD实验报告

xx大学

材料科学实验实验报告实验名称：XRD 测试晶体结构与精修辅导员意见：

材料系专业

班第实验小组

作者学号

实验日期年月日成绩：辅导员签名

一、实验目的

1.学习X-射线衍射物相定量分析的方法和步骤

2.了解X-射线衍射精确测定晶胞参数的方法

3.掌握Pullprof 晶体结构的精修

二、实验原理：

X射线在晶体中的衍射光波经过狭缝将产生衍射现象。狭缝的大小必须与光波的波长同数量级或更小。由图4-4a可知，当入射X射线与晶面相交θ角时，假定晶面就是镜面（即布拉格面，入射角与出射角相等），那末容易看出，图中两条射线1和2的光程差是AC+ DC，即2dsin θ。当它为波长的整数倍时（假定入射光为单色的，只有一种波长）

2d sin θ = nλ ，n =1，2，布拉格（Bragg）公式

在θ 方向射出的X 射线即得到衍射加强。根据布拉格公式，即可以利用已知的晶体（d 已知）通过测θ角来研究未知X射线的波长；也可以利用已知X射线（λ 已知）来测量未知晶体的晶面间距。

三、实验步骤

1. 样品制备

2. XRD 测试样品

3. 学生自带笔记电脑，安装Fullprof 和UltraEdit 程序（老师给）

4. 结构精修

5. 结构输出及分析

四、晶体结构测试与精修时应注意事项

1、晶体的各向异性温度因子是如何定义的？

答：晶体中的原子普遍存在热运动，这种运动在绝对零度时也未必停止。通常所谓的原子坐标是指它们在不断振动中的平衡位置。随着温度的升高，其振动的振幅增大。这种振动的存在增大了原子散射波的位相差，影响了原子的散射能力，即衍射强度。在晶体中，特别是对称性低的晶体，原子各个方向的环境并不相同，因此严格的说不同方向的振幅是不等的，由此引入了各向异性温度因子。

2、在进行Rietveld 结构精修时，是否该对温度因子进行约束？如何约束以及约

束范围？

答：由于温度因子是随着衍射角的增加而对强度的影响增大，所以，如果要精修温度因子，就一定要收集高角度的数据。

3、Fullprof 精修时，Biso 的值给如何设定？是否有个大概的取值范围？

答：Biso 是温度因子，occu 是占有率。，Biso 与原子的位置有关系。温度因子是反映原子或离子偏离平衡位置的程度，因为晶胞中各原子都要做热振动的。对于立方晶系，各向同性，只修各向同性温度因子就可以了。温度因子和占有率都是影响强度的参数，所以之间有一定的相关性。而且，温度因子对高角度峰的强度影响比较大，所以，如果要精修温度因子，最好收到高角度的数据。

4、Fullprof 精修中的s cale 的初值一般是怎么确定的?

答：比例因子 scale 是指理论计算数据与实验数据之间的比值，一般随便给就可以，不会影响精修的。只要你的初始模型正确，几轮就可以修到比较合理的值。

5、Z,f,t,该怎么取值？

答：AZT = Z*Mw*f^2/t

(useful to calculate the weight percentage of the phase) Z: Number of formula units per cell

Mw:molecular wheight

f: Used to transform the site multiplicities to their true values. For a stoichiometric phase f=1 if these multiplicities are calculated by dividing the Wyckoff multiplicity m of the site by the general multiplicity M. Other wise f=Occ.M/m, where Occ. is occupation number.

t: Is the Brindley coefficient that accounts for microabsorption effect s. It is required for quantitative phase analysis only. When phases have like absorption (in most neutron uses), this factor is nearly 1. If IMORE=1 the Brindley-coeff is directly read in the next line (in such case ATZ=Z.Mw.f^2).

这里说明一下，ATZ 的值只有在做定量分析的时候有用，如果不做定量分析，只做结构精修，则可以随便给一个值即可。 general position of the group 就是晶体学国际表中某个空间群的一般等效点系数，可以从晶体学国际表查得：

International Tables for Crystallography, Volume A: Space Group Symmetry。

6、对于几个R因子，Rp, Rwp，Rexp 等参数的值大小一般要为多大精修的结果才可靠?

答：Rp, Rwp 参数的值大小通常和你的数据质量、结构模型等有关，目前好像没人说这个值应该是多少。Rexp 是一个期望的因子，它与数据点数、精修参数的个数等有关。对于晶胞参数，通常主要看R-Bragg 因子。对于这些因子你可以看看这篇文献：J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 109, 107-123 (2004)

7、什么是标准半峰宽度，如何得到？

答：所谓的标准半峰宽应该是指仪器本身的宽化因子，和实验时使用的狭缝条件关系最大，想得到它并不难：比如在相同的测量条件下，把Si 标样放到仪器上测量Si 的各个衍射峰的Kα1 峰的半高宽，就是所谓的标准了。当你需要测量一系列非标样Si 粉时，就把标样Si 的Kα1 峰的半宽作为标准半峰宽使用就可以了。但，有很多时候合适的标准物质很难得到，你就用另外的标准

物质（出峰位置很相近的标准物质）代替，也完全没有问题。也可以根据Si 标样在整个扫描范围内的衍射峰的Kα1 峰的半高宽作出仪器宽化因子-2θ 关系曲线来得到任意进度的仪器宽化因子。因为谢乐方程的适用条件也就是几十到200nm 之间，超出这个范围误差是很大的。只要你在进行相同的一系列计算时使用相同的一个参数就一般就可以满足研究工作的要求了。