中科大 MS 培训教程9(画物质XRD图谱)

上；在Job Description 一栏里打上TS.
按下Run 按钮.关闭DMol3 Calculation 对话框.
等待计算完毕.
Note：在计算期间,数个不同的文
件和一个LST/QST 图显示在工作
区.它们报告了计算的状态.特别地,
通过显示energy vs. LST、 QST
和CG (conjugate gradient,共轭梯
过渡态(能量鞍点)
反应势垒
反应物
反应能
产物
反应坐标
用LST/QST 搜索过渡态
目的: 介绍如何使用 DMol3 和 Reaction Preview 工具进行过渡态搜索的计算.
对简 单反应,这种方法是有效的.
模块: Materials Visualizer, DMol3
前提: 用局域内坐标对固体进行结构优化.
步就是打开一个新的3D Atomistic界面,构建反应物乙烯醇(vinyl alcohol).
在这工具栏里的New button,选择3D Atomistic.
在Sketch
工具条上，点击Sketch Atom 按钮
。 将鼠标移至
3D Atomistic界面，连续点击三次鼠标，画三个连接的
碳原子。按一下键盘上的ESC 键。
几何优化文件夹包含了.xtd 文件,这是能量最小化过程中的轨迹文件,可以显示
几何优化过程.下面演示反应物的结构优化过程.从reactant Energies.xcd图中可以看
出,反应物经过12步才优化结束,我们可以看到每一步结构的变化.
在Project中双击reactant.xtd文件，
动画显示工具按钮Animation
在几秒钟内,一个名为

启动实验，记录X射线通过样 品后的衍射数据。
数据处理
对收集到的数据进行处理，包 括背景扣除、平滑处理等。
数据收集与分析
数据收集
在实验过程中，需要实时记录衍射角度和对应的 强度数据。
图谱分析
根据处理后的数据，绘制XRD图谱，并进行物 相分析、晶体结构分析等。
ABCD
数据处理
对收集到的数据进行处理，包括背景扣除、平滑 处理等，以获得更准确的衍射图谱。
峰位
指X射线衍射峰的位置，通常以角 度表示。通过分析峰位，可以确 定晶体的晶格常数、晶面间距等 参数。
解析方法
根据布拉格方程（nλ=2dsinθ）和 已知的λ值，计算出晶面间距d；根 据晶格常数和晶体类型，进一步确 定物质成分。
峰强解析
峰强
指X射线衍射峰的强度，通常以相对 强度或积分强度表示。通过分析峰强 ，可以确定晶体结晶度、杂质含量等 信息。
在结晶度分析中，需要注意衍射峰的 宽度和峰高比值。峰宽越窄，表明晶 体结构越完整；峰高比值越大，表明 结晶度越高。这些信息有助于了解物 质的结构和性能。
感谢您的观看
THANKS
结果解读
根据分析结果，解读样品的物相组成、晶体结构 等信息。
03
XRD图谱绘制
数据处理
数据清洗
去除异常值、填补缺失值、平滑噪声等，确保数 据质量。
归一化
将数据范围调整到同一尺度，以便更好地比较和 识别模式。
滤波和降噪
通过平滑技术减少数据中的随机噪声，提高图谱 的清晰度。
图谱绘制软件
01
02
03
添加图例和标签
为图谱添加图例和标签，说明不同颜 色或标记的含义，提高图谱的可读性。
调整线条和标记样式

.
10
三、X射线衍射方法
• X 射线的波长较短, 大约在10- 8~ 10- 10cm 之间。与晶体中的原子间距数量级相同, 因 此可以用晶体作为X 射线的天然衍射光栅, 这就使得用X射线衍射进行晶体结构分析成 为可能。在研究晶体材料时，X射线衍射方 法非常理想非常有效，而对于液体和非晶 态物固体，这种方法也能提供许多基本的 重要数据。所以X射线衍射法被认为是研究 固体最有效的工具。在各种衍射实验方法 中，基本方法有单晶法、多晶法和双晶法。
衍射），已成为近代X射线衍射技术取得突出成 就的标志。但在双晶体衍射体系中，当两个晶体 不同时，会发生色散现象。因而，在实际应用双 晶衍射仪进行样品分析时，参考晶体要与被测晶
体相同，这使得双晶衍射仪的使用受到限制。
.
24
四、X射线衍射的应用
• X射线衍射技术发展到今天, 已经成为最基 本、最重要的一种结构测试手段, 其主要应 用主要有物相分析 、 精密测定点阵参数、 应力的测定、晶粒尺寸和点阵畸变的测定、 结晶度的测定 、 晶体取向及织构的测定
.
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德拜相机
德拜相机结构简单，主 要由相机圆筒、光栏、 承光管和位于圆筒中心 的试样架构成。相机圆 筒上下有结合紧密的底 盖密封，与圆筒内壁周 长相等的底片，圈成圆 圈紧贴圆筒内壁安装， 并有卡环保证底片紧贴 圆筒。
.
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X射线衍射仪法
• X射线衍射仪法以布拉格实验装置为原型，融合了机械与 电子技术等多方面的成果。衍射仪由X射线发生器、X射 线测角仪、辐射探测器和辐射探测电路4个基本部分组成， 是以特征X射线照射多晶体样品，并以辐射探测器记录衍 射信息的衍射实验装置。现代X射线衍射仪还配有控制操 作和运行软件的计算机系统。

定量分析
等效点系的测定 晶体结构分析 晶体对称性（空间群）的测定
晶粒度测定
点阵常数（晶胞参数）测定
晶体定向
宏观应力分析
2019/11/22
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X’pert MPD Pro
2019/11/22
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1、物相分析
确定物质（材料）由哪些相组成（即物 相定性分析或称物相鉴定）
确定各组成相的含量（常以体积分数或 质量分数表示，即物相定量分析）。
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三、X射线与物质的相互作用
X射线与物质相互作用时，会产生各种不同的 和复杂的过程。但就其能量转换而言，一束X射 线通过物质时，它的能量可分为三部分：其中 一部分被散射，一部分被吸收，一部分透过物 质继续沿原来的方向传播。透过物质后的射线 束由于散射和吸收的影响强度被衰减。
4
二、X-射线的产生
产生X-射线的方法，是使快速移动的电 子(或离子)骤然停止其运动，则电子的动 能可部分转变成X光能，即辐射出X-射线。
2019/11/22
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6
特征X射线谱的产生
特征X射线的产生与阳极靶原子中的内层电子 跃迁过程有关。如果管电压足够高，即由阴极发 射的电子其动能足够大的时，那么当它轰击靶时， 就可以使靶原子中的某个内层电子脱离它原来所 在的能级，导致靶原子处于受激状态。此时，原 子中较高能级上的电子便将自发的跃迁到该内层 空位上去，同时伴随有多余的能量的释放。多余 的能量作为X射线量子发射出来。显然，这部分 多余的能量等于电子跃迁前所在的能级与跃迁到 达的能级之间的能量差。
X射线与物质作用除散射、吸收和通过物质外， 几乎不发生折射，一般情况下也不发生反射。

9
2.2 X射线的本质、能量
X射线本质上和无线电波、可见光、射线一样，也是 一种电磁波，具有波粒二象性。其波长在0.01~10nm之 间，介于紫外线和射线之间，但没有明显的界限。其 短波段与射线长波段相重叠，其长波段则与紫外线的 短波段相重叠。
γ射线
Ｘ射线
UV
IR
可见光
微波
无线电波
１０－１５
2021/3/26
2021/3/26
XRD简介及应用 ppt课件
33
2.5.1 X射线的吸收
当X射线穿过物质时，由于受到散射，光电效应等 的影响，强度会减弱，这种现象称为X射线的衰减。
XRD简介及应用 ppt课件
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2021/3/26
XRD简介及应用 ppt课件
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2.4.1 连续X射线谱
为什么会出现连续X射线谱呢？
我们假设管电流强度为10mA，即0.01C/s，电子电 荷为1.6×10-19C，则一秒钟时间内到达阳极靶上的电子 数目为：
n=0.01/1.6×10-19=6.25×1016
此时它的能量为：
可发现最短波长只与管压有关。
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XRD简介及应用 ppt课件
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连续X射线谱是由某一短波限开始的一系列连续波长组 成。它具有如下的规律和特点：
（1）、当增加X射线管的加速电压时，各波长射线的 相对强度一致增高，最大强度波长λm和短波限λ0变小。 （2）、当管压保持不变，增加管的电流时，各种波长 的X射线相对强度一致增高， 但λm和短波限λ0数值大 小不变。
我们再按电子跃迁时所跨越的能级数目的不同 把同一辐射线系分成几类，对跨越1，2，3…..个能 级所引起的辐射分别标以, , 等符号。电子由 LK，M K跃迁(分别跨越1、2个能级)所引起 的K系辐射定义为K, K线。

BaSi6N8结构的XRD数据计算
晶体的空 间群和晶体中 各个原子的位 置
画出BaSi6N8的空间群结构
画出BaSi6N8的空间群结构
在结构中添加原子
在结构中添加原子
在结构中添加原子
BaSi6N8的结构
BaSi6N8的结构
BaSi6N8的结构
BaSi6N8的结构
BaSi6于已知结构的材料，利用软件计算出理论的 XRD数据，再与实验值进行比较，是数据分析 中一种较为常用的方法。 1. 找出已知结构的结构数据(空间群信息和晶体 中原子坐标) 2. 根据结构画出晶体结构 3. 在根据晶体结构利用Material Studio软件中的 Reflex模块计算得到XRD数据
找出已知结构的结构数据空间群信息和晶体中原子坐标在根据晶体结构利用materialstudio软件中的reflex模块计算得到xrd数据basi6n8结构的xrd数据计算晶体的空间群和晶体中各个原子的位置画出basi6n8的空间群结构画出basi6n8的空间群结构在结构中添加原子在结构中添加原子在结构中添加原子basi6n8的结构basi6n8的结构basi6n8的结构basi6n8的结构basi6n8的结构basi6n8的结构basi6n8的结构basi6n8的结构作业
利用Reflex模块画物质 XRD图谱
唐家业 2010-10-11
XRD的分析的意义
X射线衍射(XRD)作为材料科学研究中的 重要表征手段。具有简单易行，包含的信息丰 富，如晶体的结构数据，晶体内部的缺陷以及 多晶体聚合，相结构、晶粒尺寸与分布、晶体 取向、各种层错等结构。 近年来由于计算机技术的发展，结合X射 线技术在数据的采集和处理。特别是全谱拟合 法对于晶体结构的测定和精修，对于XRD的发 展起到了重大的作用。

选择 File / Save 或单击工具栏上的 Save button 中建立了新的 my_benzamide.xsd 3D文件。
。这样就在my quickstart project
2. 设置球棍模型为默认显示方式 从菜单栏中选择 Modify / Default Atom Style ,打开 Default Atom Style 对话
用 None、Dashed line、Line和 Stick styles显 示zeolite Theta-1 的结构. 注意3D Viewer边框的 变化 .
将显示固定在Line.
None
Dashed line
Line
Stick
Lighting
在TON.xsd 的 3D Viewer 上单 击右键,选择 Lighting 选项,该选项 将指定加光情况.在此选项卡内可以 设定三个光源,并改变光源的照射位 置（照射位置用箭头显示）.
选择 Tools \ Settings Organizer ,打开Settings Organizer 对话框.
1. 在这此处的Materials Studio icon,选 中所有的模块和图示工具.
2. 单击Reset,所有的模块和图示工具都恢复 Accelrys默认值.
若干次操作后,已有 一些参数设置.由于 错误等原因,要重复 前面的一个过程.为 保存两次操作一样, 需返回MS的默认设置.
在d盘上建文件夹class 1: d:\class 1
一. 生成一个Project 目的: 介绍Materials Studio 中 project 概念 模块: Materials Visualizer
1. 建立一个新文件夹D:\ MS teach \ class1 2. 运行 Materials Studio,生成名称为My quickstart 的Project

如alznmgcu合金经充分固溶后得到的单相该相具有al的结构但由于溶质原子固溶到al基体中但其点阵常数略大或略小于纯al的点阵常数特别要指出的是所谓相不是指化学元素x射线衍射一般也不能分析出材料中所包含的元素相反化学元素成分作为物相分析的一个已知条定性分析的基本原理定性分析的基本原理任何一种结晶物质都任何一种结晶物质都具有特定的晶体结构具有特定的晶体结构在在一定波长的一定波长的xx射线照射下不同的晶体结构射线照射下不同的晶体结构产生完全不同的衍射花样产生完全不同的衍射花样不可能有两种晶体结构的衍射花样完全相同不可能有两种晶体结构的衍射花样完全相同多相试样的衍射图谱不因为存在多相而产生变多相试样的衍射图谱不因为存在多相而产生变化只是各自衍射花样的机械叠加化只是各自衍射花样的机械叠加定性相分析定性相分析定性分析的基本原理定性分析的基本原理利用布拉格公式2dsin通过计算机将图谱中的衍射峰位转换成d值衍射强度按百分比计算iii大100
• X射线和其它电磁波一样，能产生反射、折射、散射、干涉、
衍射、偏振和吸收等现象。
• 在通常实验条件下，很难观察到X射线的反射。
• 对于所有的介质， X 射线的折射率 n 都很接近于 1 （但小于
1），所以几乎不能被偏折到任一有实际用途的程度，不可 能像可见光那样用透镜成像。
X射线性质与可见光的区别
●连续X射线 ●特征X射线
◆连续X射线
●具有连续波长的X射线，构成连续X射线谱，它和可见光相
似，亦称多色X射线。
●产生机理： 经加速后能量为 eV 的电子与阳极靶的原子碰撞
时，其中的大部分电子失去自己的能量转化为热量而损耗，而
部分则以光子的形式辐射，此光子流即为X射线。单位时间内
到达阳极靶面的电子数目数量巨大，碰撞的条件和时间都不一

z
z
z
样品制备
z z
根据测试样品的类型，制备方法可分为以 下三种： （1）粉末样品制备； （2）块状样品制备； （3）特殊样品制备。
z
z
样品制备
z
粉末要求：干燥、在空气中稳定、粒度小 于20um。一般可以用研磨的方法制备。
实验准备
粉末样品的装样台
样品制备
z
粉末样品一 般填装在有 开槽的平整 玻璃板或塑 料板上；装 样品时注意 使颗粒方向 随机分布。
z
定性物相分析
z
z
随着计算机运算能力的提高，一些复杂的 算法程序应用到定性物相分析中。一般最 新的分析软件都采用全谱直接比对法，从 PDF标准卡片库中挑选一组卡片来匹配待 测样品的谱图。 这种方法较之传统的D-I值法，检出率更 高，使复杂多相图谱分析更加简便。
物相分析的要点
z z
z
必须是结晶态，可以判断非晶物的存在； 固溶现象、类质同构、化学成份偏离等情况的 存在，待分析样组成物的衍射数据与PDF数据 不一致。这个时候可考虑被检物相的结构特 点，允许有较大的偏差。 “似是而非”物质的物相鉴定,有关样品的成份、 处理过程及其物理化学性质资料对确定鉴定结 论十分重要，同时也应充分利用其它实验方法 相配合。
多晶X射线衍射仪-光路示意图
B-B测角仪的典型光路布置
Soller 狭缝 z 测角仪要求 发散 狭缝 样品
接受 狭缝
Soller 狭缝 探测器 狭缝
z
与Ｘ射线管 的线焦斑联 接使用，线 焦斑的长边 与测角仪中 心轴平行。 采用狭缝光 阑和梭拉光 阑组成的联 合光阑。
光斑大小
实验部分
z
仪器简介 样品制备 样品测试 数据分析

Bragg’s law
布拉格公式不但能解释劳厄斑点，而且能用于对晶体 结构的研究。
布拉格父子认为当能量很高的X射线射到晶 体各层面的原子时，原子中的电子将发生强迫 振荡，从而向周围发 射同频率的电磁波， 即产生了电磁波的 散射，而每个原子 则是散射的子波波 源；劳厄斑正是散 射的电磁波的叠加。
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能量差，即 hK WK WL hK hL
特征X射线的命名方法
• 同样当K空位被M层电子填充时，则产生Kβ辐射。M能级 与K能级之差大于L能级与K能级之差，即一个Kβ光子的 能量大于一个Kα光子的能量； 但因L→K层跃迁的几率 比M→K跃迁几率大，故Kα辐射强度比Kβ辐射强度大五 倍左右。
劳厄斑
X射线 晶体
晶体的三维光栅
劳厄(M.von Laue)提出：晶体可以作为X射线的空 间衍射光栅,即当一束 X射线通过晶体时将发生衍射， 衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强， 在其他方向上减弱。分析在照相底片上得到的衍射花 样，便可确定晶体结构。 这在他的实验中得到了证 实
• 劳厄斑：一箭双雕的实验结果 证实了X射线是电磁波，也证明了晶体排列的规律性
发现的X射线是什么呢？人们初步认为是一种电磁波，于是想通过光栅来观察 它的衍射现象，但实验中并没有看到衍射现象。原因是X射线的波长太短，只 有一埃（1Å）。 1912年德国物理学家劳厄想到了晶体，它和x光的波长相近，是天然的光栅， 去找普朗克老师，但没得到支持，去找正在攻读博士的索末菲，两次实验后终 于做出了X射线的衍射实验。
X射线物相定性分析原理
• 目前已知的晶体物质已有成千上万种。事先在 一定的规范条件下对所有已知的晶体物质进行 X射线衍射，获得一套所有晶体物质的标准X射 线衍射花样图谱，建立成数据库。