神通广大的X射线粉末衍射-马礼敦.pptVIP

2008-09-23 派纳科用户学术交流会 辽宁大连 神通广大的X射线粉末衍射 与粉末衍射仪 马礼敦1，陈京一2 1.复旦大学分析测试中心 2.派纳科公司上海应用实验室 一.X射线粉末衍射(XRD)的应用 二.X射线粉末衍射仪功能的开发拓展 1.非常规条件下的X射线粉末衍射 2.X射线粉末衍射仪用于非粉末衍射 一. X射线粉末衍射(XRD)的应用 1.何谓X射线衍射？ □只有结晶体才会造成X射线衍射 □结晶体为具有一定结构的原子团(分子)在三维空间的周期排列 X射线衍射为周期性结构造成的周期X射线散射源间的干涉。相消干涉时强度几乎会完全消去，相长干涉时会变得很强，称为X射线衍射 。 衍射方向服从布拉格公式 2dsinθ=nλ dHKL:(HKL)面族的面间距，θHKL:布拉格角， λ:入射X射线波长 *单晶体衍射获得的是衍射 点，数量多(数千至数十 万) 。 *用于晶体结构测定，单晶体定向或缺陷形貌测定。 Bragg-Brenteno衍射仪 准聚焦几何，平板状样品 4. X射线粉末衍射的主要用途 主要用于三个不同层次的结构测定。 (1). 多晶聚集体结构：多晶体材料中晶粒群体间的关系。 (2). 晶体结构与分子结构：一个晶胞的结构，其尺寸与对称性；晶胞内各原子的位置坐标；分子内各原子间的关系。分子结构同时被测定。 (3). 晶体内的微结构：晶体内部破坏周期性的各种缺陷，如微应变、反相畴、各种位错、层错、膜厚波动、界面粗糙度等。 (1). 多晶聚集体结构的表征 1). 物相结构的分析(定性、定量) 2). 晶粒平均尺寸和粒度分布的测定 3). 择优取向和织构的测定 1). 物相结构分析 构成材料的不同化合物的分析或同一化合物的不同晶型或异构体的分析。 物相构成与此材料的性能密切有关，是正确使用此材料的重要基础。 □ （a）粉末衍射谱是物质的特征，独一无二。 （b）在混合物中每一个物质产生的衍射谱与其它物质无关，有指纹性。 （c）各组分衍射谱的强度是正比于各组分的含量的，混合物的粉末衍射谱是各组成物相的粉末衍射谱的权重叠加。 (a)、(b)、为定性基础，(c)为定量基础 ● 物相定性分析方法：标准谱对比法 碎屑岩物相定性(扫描总时间:4分钟) 实际衍射线形是多种因素影响的卷积 光源色散，仪器因素，样品结构因素 必需先对实测线形进行反卷积分去实验因素及其它各种结构因素造成的线宽，提取出纯的由待求因素造成的线宽，才能运用有关公式进行计算. c).择优取向材料的衍射特点 择优取向使粉末试样的衍射强度分布不均匀，与无择优取向时不同，这种分布状况形成的构造就称织构。可从衍射线强度的变化得出其织构。 (2). 晶体结构与分子结构的测定 ◎任务：测定一个晶胞的结构，即测定晶胞参数(a，b，c，α，β，γ)与晶胞中各原子的位置坐标(xi，yi，zi)。 分子结构是同时被测定的。 第一步：求解晶体结构的周期性和对称性，也即要正确求出晶体的晶胞参数、推断其可能的点群和空间群。由分析各衍射的θi间的关系得到。 2dsinθ=nλ 第二步：求出各原子在晶胞中的位置坐标，占有率及温度因子等参数。 通过对各衍射的积分强度IHKL的分析求得的。 ◎方法：Rietveld粉末衍射全谱拟合法。 需要大量的FHKL才能得到高分辨的ρ(xyz)。 粉末衍射只可得几十条衍射线，故长期不能用来解晶体结构。 Rietveld全谱拟合法可做晶体结构精修，还可分解重叠的衍射峰增加F的数量，使粉末衍射进行从头晶体结构测定成为可能。 全谱拟合：从理论上计算一整个衍射谱，反复改变计算中的一些参数(结构参数与峰形参数)，使计算谱接近实测谱的过程。 [Co(NH3)5Cl]Cl2的晶体结构测定 (3).晶体内的微结构分析 微结构类型： 微应变：晶体内的微应力造成的点阵畸变 反相畴：相邻两畴中部分原子排列反向 各种位错：局部原子排列位置发生错误。 会引起微应力、微应变。 微结构对衍射谱的影响： 多数使衍射峰加宽 微应力与微应变 当材料中存在内应力时，其原子间相对位置必然发生变化，造成点阵畸变。 当存在单向拉应力时，平行于应力方向的晶面间距较小，其它方向晶面间距较大。晶面间距的变化是均匀的，造成衍射谱线的位移。 若晶面间距连续变化，造成不均匀的点阵畸变，与不同间距对应的峰有位移，实测衍射峰为各衍射线叠加的包络线，使衍射峰加宽。 微应变(