XRD参考

X 射线晶体学作业参考答案第三章：晶体结构与空间点阵1. 六角晶系的晶面指数一般写成四个(h k -h-k l )，但在衍射的计算和处理软件中，仍然用三个基矢(hkl )。

计算出六角晶系的倒格基矢，并写出六角晶系的两个晶面之间的夹角的表达式。

已知六角晶系的基矢为解：根据倒格子的定义式，计算可得：()ka c jac b ji ac a 2***323Ω=Ω=+Ω=πππ任意两个晶面(hkl)和(h ’k ’l ’)的晶面夹角θ是：()()()()22222222222222222222222222'''''''3''''434'3)''(2)''(4'3''''434'3)'2')(2('3arccos l a k k h h c l a k hk h c ll a k h hk c kk hh c l a k k h h c l a k hk h c ll a k h k h c hh c G G G G l k h hkl l k h hkl +++⨯+++++++=+++⨯+++++++=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∙= θ2. 分别以晶格常数为单位和以实际大小写出SrTiO 3晶胞中各离子的坐标，并计算SrTiO3的质量密度和电子数密度。

解：Sr 原子量87.62，电子数38；Ti 原子量47.9，电子数22；O 原子量15.999，电子数8 （数据取自国际衍射数据中心）。

质量密度： -2733330(87.6247.915.9993) 1.6610 5.11610/3.90510kg m -++⨯⨯⨯=⨯⨯ kc c j i a b i a a =+-==)2321(电子数密度：3031033822831.41110(3.90510)m --++⨯=⨯⨯3.*为什么位错不能终止于晶体内部？请说明原因。

材料分析测试方法
屈树新
西南交通大学 材料先进技术教育部重点实验室
材料科学与工程学院 分析测试中心
课件学习
1
复习题
• 复习晶体结构的有关知识（固体物理，第一章）。
• 预习X射线衍射（XRD）的原理。
• 结合本专业查阅文献体会如何根据理论设计、制 备新材料。
课件学习
2
物质的结构分析
• 进行物质结构分析方法主要有3大类
– 各种衍射技术
• 直接和精确测定分子和晶体结构的方法
– 各种光谱技术
• 红外光谱、激光拉曼光谱、紫外光 • 在各种状态测定结构，如液体
– 分子模拟、量子力学计算
课件学习
3
现代分析测试
• 材料的结构分析
– 衍射方法
• X射线衍射 （X-Ray Diffraction， XRD）
– 粉末衍射 » 微区、薄膜 » 高温、常温、低温衍射仪
年份 学科
得奖者
内容
1901 物理
伦琴Wilhelm Conral Rontgen
X射线的发现
1914 物理
劳埃Max von Laue
晶体的X射线衍射
1915 物理
亨利.布拉格Henry Bragg 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg.
晶体结构的X射线分析
1917 物理
巴克拉Charles Glover Barkla
– 四园单晶衍射
• 电子衍射（Transmission Electron Microscopy， TEM） • 中子衍射 • 穆斯堡谱 • Γ射线衍射
课件学习
4
物质的结构分析
• 测定物质结构的本质
某种波，如微波、红外光、X射线； 或某种粒子,如光子、电子、中子等

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Fe、C 单掺杂和共掺杂后样品表面的物相
结构分析
Fe、C 单掺杂和共掺杂： 样品表面除形成较多的Al2O3 外，均有少量金属间化合物形成 Fe 单掺杂后：
Al 表面形成了少量富Al 的Fe-Al 金属间化合物; 富Al 化合物的形成，与样品表面有足量的Al 原子有关，而掺
的Fe 原子相对较少. C 单独掺杂后：
图2 10 keV,4.0×1017 cm-2 He 注入前后纯Al样品时 效1 年后的小角度(3°)掠射的XRD图谱
质
Fe、C 单掺杂和共掺杂后样品表面的物相 结构分析
图 3 预先掺杂一定剂量Fe 或和C 的Al 样品再注入10 keV, 4.0×1017 cm-2 He 离子并时效1 年后的小角度XRD 图谱
明显变化 ✓ (111)晶面峰的强度逐渐
减弱，使(200)择优取向 更加明显 ✓ Fe单掺杂对样品的择优
图5 预先掺杂不同剂量的Fe的Al样品再注入10 keV，
取向影响较小 4.0×1017 cm-2 He 并时效一个月后样品的XRD图谱
结论
预先掺杂的Fe、C 在Al 表面的晶格畸变中扮演重 要角色，且影响程度与掺杂剂量有关。
表面有明显的Al4C3 形成 Fe、C 共掺杂后：
除Fe-Al，Al4C3 外，样品表面还生成了富Fe的Fe-C 金属间化 合物，如Fe3C、CFe2.5 等。
这些化合物作为第二相沉淀相存在于基体中，不但影响了 样品的晶体结构，而且将对后续的离子注入He 行为产生重要影 响。
C单掺杂
掺杂剂量增加
XRD的几种分析实例
He 离子注入后纯Al 样品表面的物相 结构分析（1）

XRD数据与晶体结构分析X射线衍射(XRD)是一种常用的技术工具，用于确定晶体结构。

它相关的理论基础是布拉格定律，即X射线会被晶体中的原子散射，形成衍射图样。

通过分析这些衍射数据，可以揭示晶体的结构信息，如晶胞参数、晶体的对称性以及原子间的排列方式等。

本文将介绍XRD数据的分析方法以及如何利用这些数据进行晶体结构分析。

首先，进行XRD实验时，需要使用X射线源照射样品，并收集散射到不同角度的X射线。

这些散射射线会形成一个特定的衍射图样，被称为XRD图谱。

一般来说，XRD图谱的横坐标表示散射角度，即2θ角，纵坐标则表示散射强度。

通过测量不同晶面的衍射角度，我们可以确定晶胞的长度和夹角，进而推断晶体的结构。

对于XRD数据的分析，首先需要解析衍射峰的位置和强度。

理论上，当X射线照射到晶体上时，会产生一系列的衍射峰，每个峰对应着一组晶面的衍射。

通过测量衍射角度2θ，可以计算出晶面间的距离d，利用布拉格定律nλ=2dsinθ（其中n是整数，λ是入射X射线波长），我们可以得到晶胞参数。

对于多晶样品，可能会产生很多衍射峰，需要通过谱峰匹配和定量分析来解析这些峰。

其次，对于详细的晶体结构分析，需要将实验衍射数据与已知的参考模式进行比较。

许多晶体结构数据库都会提供XRD图谱的参考模式，包括峰位和强度等信息。

通过比较实验数据和参考模式，我们可以确定晶胞参数和晶体的对称性。

同时，利用Rietveld法和结构拟合技术，可以进一步优化模型，得到更准确的晶体结构信息。

总结起来，XRD数据分析是一种强大的手段，用于确定晶体的结构信息。

通过解析衍射峰的位置和强度，比较实验数据与参考模式，并利用结构拟合技术，可以得到准确的晶体结构。

然而，需要注意的是，XRD数据分析也存在一些挑战和误差，需要结合实际情况进行判断和修正。

因此，在进行XRD数据分析时，需要有扎实的理论基础和丰富的实验经验，才能得到可靠的结果。