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    精品干貨:XRD——從理論到實際
    來源:研之成理 時間:2020-04-09 15:02:25 瀏覽:9182次

    本文轉載自研之成理

    1.XRD的基本原理

    當一束單色 X射線照射到晶體上時,晶體中原子周圍的電子受X 射線周期變化的電
    場作用而振動,從而使每個電子都變為發射球面電磁波的次生波源。所發射球面波的頻率與入射的 X 射線相一致。
    基于晶體結構的周期性,晶體中各個原子(原子上的電子)的散射波可相互干涉而疊加,稱之為相干散射或衍射。X射線在晶體中的衍射現象,實質上是大量原子散射波相互干涉的結果。每種晶體所產生的衍射花樣都反映出晶體內部的原子分布規律。


    根據上述原理,某晶體的衍射花樣的特征最主要的是兩個:1) 衍射線在空間的分布規律;2)衍射線束的強度。其中,衍射線的分布規律由晶胞大小,形狀和位向決定,衍射線強度則取決于原子的品種和它們在晶胞的位置因此,不同晶體具備不同的衍射圖譜。


    2.布拉格方程

     精品干貨:XRD——從理論到實際-1
    布拉格方程所反映的是衍射線方向與晶體結構之間的關系。對于某一特定晶體而言,只有滿足布拉格方程的入射線角度才能夠產生干涉增強,才會表現出衍射條紋。這是XRD譜圖的根本意義。


    備注:對于不同晶系,晶面間距d與晶胞參數(a, b, c, α, β, γ)之間存在確定的對應關系,通過XRD譜圖知道θ和hkl之后,可以通過布拉格方程等推算出晶胞參數(本期暫時不講,后面會詳細說明)。


    3. Scherrer公式

    基本原理:X 射線入射到小晶體時,其衍射線條將變得彌散而寬化,晶體的晶粒越小, X射線衍射譜帶的寬化程度就越大。Sherrer公式描述的就是晶粒尺寸與衍射峰半峰寬之間的關系。

    精品干貨:XRD——從理論到實際-2

    4. XRD物相分析

    基本原理:每一種晶體物質和它的衍射花樣都是一一對應的,不可能有兩種晶體給出完全相同的衍射花樣。


    隨著XRD標準數據庫的日益完善,XRD物相分析變得越來越簡單,目前最常見的操作方式是將樣品的XRD譜圖與標準譜圖進行對比來確定樣品的物相組成。XRD標準數據庫包括JCPDS(即PDF卡片),ICSDCCDC等,分析XRD譜圖的軟件包括JadeXpert Highscore等,這里推薦使用Jade


    Jade軟件中,專門有一個功能叫Identify。里面的Search/Match功能可以將樣品的衍射圖樣與標準譜圖進行對比,給出與所測樣品相吻合的標準譜圖信息。下圖所示,是TiO2樣品XRD譜圖在Jade軟件中的Search/Match操作。

     精品干貨:XRD——從理論到實際-3

    如上圖所示,在JadeSearch/Match功能中會給出標準譜圖的衍射條紋,物相名稱,化學式,匹配程度(FOM),PDF卡片編號,點群,晶胞參數,ICSD編號等。

    其中,FOM為匹配率的倒數,值越小,匹配越好。


    雙擊選中的標準物質卡片,會彈出來標準物質詳細的references和衍射數據值,如下圖所示,該數據可以導出使用。圖中所示比較重要的數據包括晶面間距d, 晶面指數hkl以及標準譜圖衍射峰位置和相對強度等

    精品干貨:XRD——從理論到實際-4


    5. 如何在Jade中采用Sherrer公式計算晶粒尺寸?

    Jade軟件中直接集成了采用半峰寬來計算樣品的晶粒尺寸這一功能,比較方便。要想使用該功能,首先必須在Edit-->Preferences-->Report里面勾上,Estimate Crystallite Size from FWHM Values.如下圖所示:


    精品干貨:XRD——從理論到實際-5


    勾上之后就可以很方便的進行粒徑分析了,如下圖所示,采用EditToolbar中的積分按鈕,在主峰下拉取基線,會自動彈出窗口,里面包含晶粒尺寸信息。注意,這里算出來的是平均尺寸,且使用范圍為3-200 nm.

     精品干貨:XRD——從理論到實際-6

    精品干貨:XRD——從理論到實際-7



    評論 / 文明上網理性發言
    12條評論
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    全部 3小時前 四川
    文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具。現代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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