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    精品干货:XRD——从理论到实际
    来源:研之成理 时间:2020-04-09 15:02:25 浏览:6924次

    本文转载自研之成理

    1.XRD的基本原理

    当一束单色 X射线照射到晶体上时,晶体中原子周围的电子受X 射线周期变化的电
    场作用而振动,从而使每个电子都变为发射球面电磁波的次生波源。所发射球面波的频率与入射的 X 射线相一致。
    基于晶体结构的周期性,晶体中各个原子(原子上的电子)的散射波可相互干涉而叠加,称之为相干散射或衍射。X射线在晶体中的衍射现象,实质上是大量原子散射波相互干涉的结果。每种晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分布规律。


    根据上述原理,某晶体的衍射花样的特征最主要的是两个:1) 衍射线在空间的分布规律;2)衍射线束的强度。其中,衍射线的分布规律由晶胞大小,形状和位向决定,衍射线强度则取决于原子的品种和它们在晶胞的位置因此,不同晶体具备不同的衍射图谱。


    2.布拉格方程

     精品干货:XRD——从理论到实际-1
    布拉格方程所反映的是衍射线方向与晶体结构之间的关系。对于某一特定晶体而言,只有满足布拉格方程的入射线角度才能够产生干涉增强,才会表现出衍射条纹。这是XRD谱图的根本意义。


    备注:对于不同晶系,晶面间距d与晶胞参数(a, b, c, α, β, γ)之间存在确定的对应关系,通过XRD谱图知道θ和hkl之后,可以通过布拉格方程等推算出晶胞参数(本期暂时不讲,后面会详细说明)。


    3. Scherrer公式

    基本原理:X 射线入射到小晶体时,其衍射线条将变得弥散而宽化,晶体的晶粒越小, X射线衍射谱带的宽化程度就越大。Sherrer公式描述的就是晶粒尺寸与衍射峰半峰宽之间的关系。

    精品干货:XRD——从理论到实际-2

    4. XRD物相分析

    基本原理:每一种晶体物质和它的衍射花样都是一一对应的,不可能有两种晶体给出完全相同的衍射花样。


    随着XRD标准数据库的日益完善,XRD物相分析变得越来越简单,目前最常见的操作方式是将样品的XRD谱图与标准谱图进行对比来确定样品的物相组成。XRD标准数据库包括JCPDS(即PDF卡片),ICSDCCDC等,分析XRD谱图的软件包括JadeXpert Highscore等,这里推荐使用Jade


    Jade软件中,专门有一个功能叫Identify。里面的Search/Match功能可以将样品的衍射图样与标准谱图进行对比,给出与所测样品相吻合的标准谱图信息。下图所示,是TiO2样品XRD谱图在Jade软件中的Search/Match操作。

     精品干货:XRD——从理论到实际-3

    如上图所示,在JadeSearch/Match功能中会给出标准谱图的衍射条纹,物相名称,化学式,匹配程度(FOM),PDF卡片编号,点群,晶胞参数,ICSD编号等。

    其中,FOM为匹配率的倒数,值越小,匹配越好。


    双击选中的标准物质卡片,会弹出来标准物质详细的references和衍射数据值,如下图所示,该数据可以导出使用。图中所示比较重要的数据包括晶面间距d, 晶面指数hkl以及标准谱图衍射峰位置和相对强度等

    精品干货:XRD——从理论到实际-4


    5. 如何在Jade中采用Sherrer公式计算晶粒尺寸?

    Jade软件中直接集成了采用半峰宽来计算样品的晶粒尺寸这一功能,比较方便。要想使用该功能,首先必须在Edit-->Preferences-->Report里面勾上,Estimate Crystallite Size from FWHM Values.如下图所示:


    精品干货:XRD——从理论到实际-5


    勾上之后就可以很方便的进行粒径分析了,如下图所示,采用EditToolbar中的积分按钮,在主峰下拉取基线,会自动弹出窗口,里面包含晶粒尺寸信息。注意,这里算出来的是平均尺寸,且使用范围为3-200 nm.

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    12条评论
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    全部 3小时前 四川
    文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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