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X射线的多晶衍射分析及其应用1_PPT课件

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第二章 X射线多晶衍射方法及应用

第二章 X射线多晶衍射方法及应用
要求约1-5 μm，定量相分析约在0.1-2 μm。对延展性好的金 属及合金，可将其锉成细粉。
衍射仪法用样品板及 粉末样品制样
(四) X射线衍射仪的测量
(1) 样品制备 特殊样品的制备
对于一些不宜研碎的样品，可先将其锯成与窗孔大小相一 致，磨平一面，再用橡皮泥或石蜡将其固定在窗孔内。
对于片状、纤维状或薄膜样品也可类似地直接固定在窗孔 内，应注意使固定在窗孔内的样品表面与样品板平齐。
射峰变矮、拖宽并后移，从而降低了分辨率。 测量峰高比较简便，而物相定性分析对衍射强度要求不高，
在一般的物相定性分析中，仍常用峰高强度表示绝对强度。
四、衍射强度的测定
(2)积分强度(累积强度) 以整个衍射峰在背底线以上部分的面积表示衍射峰的绝对强度。 由于峰面积受实验条件的影响小，所以常用于要求衍射强度尽 可能精确的物相定量分析中。
(3) 实验参数的选择
三. 衍射峰位置的正确确定
准确测定衍射线峰位是极其重要的。 只有峰位精确测定了，才能精确测定点阵参数和宏观应力。 峰的定峰方法很多，常用的有峰顶法、半高宽法、切线法、 弦中法、重心法、三点抛物线切线法等。
(1) 峰顶法。当衍射线非常明 锐，以峰顶所对应的角度值作为 衍射峰的位置。
一. 衍射仪法
一. 衍射仪法
(一) X射线测角仪(主要中心部件) 平板试样D安装在试样台H上，
试样台可绕垂直于图面的O轴旋转。 S为X射线源，与图面相垂直，与
衍射仪轴(O轴)平行。 当一束发散的X射线照射到试样
上时，满足布拉格关系的某种晶 面，其反射线便形成一根收敛光束。
F处有一接收狭缝，与 计数管C 同安装在围绕O旋转的支架E上， 当计数管转到适当的位置时便可接 收到一根反射线。

X射线多晶衍射法.ppt

X射线多晶衍射法.ppt

¼ì ²â Æ÷
ÍÐ ¼Ü
0º
2

X射线发生器 检测器 记录系统
2019年11月1
谢谢你的阅读
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§7.5 X射线荧光光谱分析
（1）X射线发生器
X射线发生器由X光管和高电压发生器组成 。荧光分析用的X光管功率较大，需用水 冷却。一般分析重元素时选用钨靶，分析 轻元素时选用铬靶，使用W-Cr靶材料的X 光管可用于较广范围的元素测量。
表
所以这个能量范围内产生的
面 格
衍射只是来自晶体内500~
子
1000 pm的深度的电子散射
（相当于表面几层原子）。
Ni (100) 晶体表面
2019年11月1
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§7.5 X射线荧光光谱分析
§7.5 X射线荧光光谱分析
X射线
原子
荧光(特征X射线)
7.5.1 X射线荧光分析方法及应用 1、莫斯莱定律及定性分析方法
常用分析晶体的有关参数 名称
LiF（422） LiF（420） LiF（200） 磷酸二氢铵（ADP）（112）
Ge 异戊四醇（PET）（002） 右旋-酒石酸乙二胺（EDDT）020）
硬脂酸铅（LOD）
2d 值（nm） 0.1652 0.180 0.4027 0.614 0.6532 0.8742 0.8808 10.04
高 电 压 发 生 器 一 般 输 出 50-100kV ， 50100mA，直流电源可获得更强的X射线。
2019年11月1
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§7.5 X射线荧光光谱分析
使体用周晶期体 性分 结光 构（器，，即2）根不分据同光衍的射特系公征统X式荧光 射2nd线sin对应和不晶

第二章 X射线衍射分析方法及应用 ppt课件

第二章 X射线衍射分析方法及应用 ppt课件
设备：Bruker D8 ADVANCE 衍射仪.
辐射：单色化的 Cu K 射线
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41
1-样品制备: 样品碾成粉末，颗粒度小于300目， 取约1g粉末放入样品槽内，用毛玻璃轻压 粉末，使之充满槽内，轻轻刮去多余的粉 末，将样品，置于测角仪中心。
X 光管 固定
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2 - 设置参数并进行衍射花样测量：
（2） 计算面间距d值和测定相对强度I/I1 (I1为最强线的强度)
分析以2<90的衍射线为主， 2测 量精度要达到0.01，d 值计算到0.001位
有效数字。衍射强度取相对强度。
（3） 检索PDF卡片
先进行单相分析,不成功则进行多相 分析
（4） 最后判定存在的物相。
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40
物相定性分析实例
2.753
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55
例：图a为SrTiO3的XRD谱， 图b为以SrTiO3为主晶相的SrTiO3-CaTiO3 系固溶体的XRD谱，
图c为SrTiO3-CaTiO3机械混合物XRD谱， 图d 为CaTiO3的XRD谱。 可见: SrTiO3-CaTiO3系固溶体的XRD谱 图与SrTiO3的XRD谱图相似，由于CaTiO3的 加入使峰值、峰形稍有变化。
如, Diffractometer代表衍射仪法； Ref．—该区数据来源。
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区间4：物相的结晶学数据, 其中
Sys. — 晶系;
S. G. — 空间群符号；
a0、b0、c0 — 晶胞轴长； A、C — 轴率，A = a0/b0，C = c0/b0 、 、 — 轴角;
Z — 单位晶胞内“分子”数；
衍射曲线：衍射峰 基线

X射线衍射分析PPT课件

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穿过一层物质，降低一部分动能，穿透深浅 不同，降低动能不等，所以有各种波长的X射
线。
2021/3/7
CHENLI
5
二．特征X射线
由阳极金属材料决定，波长确定 产生机理：高速电子将原子内层电子激发， 再由外层电子跃迁至内层，势能下降而产生 的X射线，波长由原子的能级决定。 如CuK1＝1.5405Å
MoK1＝0.7093Å 在X射线衍射分析工作中，利用的是特
征X射线，而连续X射线只能增加衍射谱图的 背底。
2021/3/7
CHENLI
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特征X射线的激发原理
2021/3/7
CHENLI
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晶体结构
晶体的定义
由原子或分子在三维空间周期排列而成 的固体物质
2021/3/7
CHENLI
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一．晶体结构的特征 晶体中原子或分子的排列具有三维空间的周
1·三斜晶系（triclinic）a≠b≠c,≠≠≠90 2·单斜晶系(monoclinic)a≠b≠c,==90≠ 3·六方晶系(hexagonal)a=b≠c,==90=120 4·三方晶系(rhombohedral or trigonal)a=b=c,==≠90 5·正交晶系(orthorhombic)a≠b≠c,===90 6·四方晶系(tetragonal)a=b≠c,===90 7·立方晶系(cubic)a=b=c,===90
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CHENLI
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二．标准卡片 标准卡片由国际粉末衍射标准协会搜
编，称JCPDS卡，至2005年已搜集到无机 物、有机物近10万张卡片，而且还在不断 增补。
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10
d 1a 1b 1c 1d 7

第4章 X射线的多晶衍射分析及其应用_PPT课件

第4章 X射线的多晶衍射分析及其应用_PPT课件
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扫描速度愈快，衍射峰平滑，衍射线的强度和分辨率下降，衍射峰位向扫 描方向漂移，引起衍射峰的不对称宽化。但也不能过慢，否则扫描时间过长， 一般以3～4/min为宜。
3．扫描方式
扫描方式有两种：连续扫描和步进扫描。
1）连续扫描 计数器和计数率器相连，常用于物相分析。
2）步进扫描 计数器与定标器相连，常用于精确测量衍射峰的强度、 确定衍射峰位、线形分析等定量分析工作。
相 对 强 度
/cps
47.700 48.048
48.395
48.743 49.090
2/(°)
图4-10 步进扫描衍射图
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4．2 X射线物相分析
4．2．1 物相的定性分析
1．基本原理 X射线的衍射分析是以晶体结构为基础的。X射线衍射花样反映了晶体中的晶胞 大小、点阵类型、原子种类、原子数目和原子排列等规律。每种物相均有自己特 定的结构参数，因而表现出不同的衍射特征，即衍射线的数目、峰位和强度。即 使该物相存在于混合物中，也不会改变其衍射花样。尽管物相种类繁多，却没有 两种衍射花样特征完全相同的物相，这类似于人的指纹，没有两个人的指纹完全 相同。因此，衍射花样可作为鉴别物相的标志。
2．PDF（The Powder Diffraction File）卡片 最早由ASTM（The American Society for Testing Materials）整理出版 1969年JCPDS（The Joint Committee on Powder Diffraction Standard）出版 1978年又与ICDD（The International Center of Diffraction Data）联合出版
有定时计数和定数记时两种，每种都可根据需要选择不同的定标值。计量总数 愈大，测量误差愈小，一般情况采用定时计数；当进行相对强度比较时，宜采 用定数记时。计数结果可由数码显示，也可直接打印或由绘图仪记录下来。

材料分析测试 第六章 X射线衍射方法 ppt课件

材料分析测试 第六章 X射线衍射方法 ppt课件

主要技术指标：
X射线源：最大输出功率：3kW； 最大电压：60kV；最大电流：60mA 陶瓷X光管； 靶材及功率：Cu靶 2.2kW； 最大电压：60kV；最大电流：50mA； X’Celerator超能探测器
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日本理学D/max 2550V X射线衍射仪
18kW（40kV，450mA）
测角仪精度：0.002pp°t课件(2θ)
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X射线测角仪——衍射仪的核心
样品 入射光栏
大转盘(测角仪圆) 样品台——小转盘
管靶焦斑
测角仪中心
接收(狭缝)光栏
计数管
支架
X射线测角仪结构示意图
计数管与样品连动扫描， －2连动
测角仪扫描范围：正向(顺时针)2可达165，反向(逆时针)2可 达－100。2测量绝对精度0.02，重复精度0.001。
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（7）德拜相机的分辨本领
L
分辨率() ：描述相机分辨底片上相距最近衍射线条的本领。
L
d / d
当两晶面间距差值d一定时，值大则意味着底 片上两晶面相应衍射线条距离(位置差)L大，即 两线条容易分辨。
L——晶面间距变化值为d/d时，衍射线条的位置变化。
将布拉格方程写为sin＝/(2d)的 形式，对其微分并整理，有
样品大小：直径0.2~0.8mm左右），长度约为10~15mm。 注意：
（1）经研磨后的韧性材料粉末应在真空或保护气氛下退火， 以清除加工应力。 （2）研磨时，不能用力过度，以免破坏样品的结构。
筛目：每平方英寸的筛孔数。有国际标准、泰勒标准等。
1英寸=2.54cm
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（3）底片的安装
第一节 多晶体衍射方法 一、（粉末）照相法 二、 衍射仪法

材料研究方法三X射线衍射分析PPT课件


结构分析时所采用的就是K系X射线。
.
20
eU=1/2mV2
λmin=hc/eU
.
21
三、X射线与物质的相互作用
➢1.透射。强度减弱，波长不变，方向基本不变； ➢2.吸收。①能量以其他能量形式释放，如光电效应、 俄歇(Auger)效应、荧光效应等。②吸收。类似LB定 律。 ➢3.散射。原子使X射线偏离原来方向。 ①波长不变相干散射-Thomson散射；②有能量交换，波长变长， 非相干散射-Compton散射。
.
13
本章主要内容
➢ 1. X 射线介绍 ➢ 2. X 射线与物质的作用 ➢ 3. X 射线衍射仪器 ➢ 4. X 射线衍射分析方法 ➢ 5. X 射线衍射应用
.
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一、X-射线的性质
➢ ①肉眼不能观察到，但可使照相底片感光、荧光
板发光和使气体电离； ➢ ②能透过可见光不能透过的物体； ➢ ③这种射线沿直线传播，在电场与磁场中不偏转， 在通过物体时不发生反射、折射现象，通过普通光栅 亦不引起衍射； ➢ ④这种射线对生物有很厉害的生理作用。
穿透能力强，一般条件下不能被反射，几乎完全不发
生折射——X射线的粒子性比可见光显著的多
.
16
二、X-射线的产生
1.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。
.
17
*X射线发生器的主要部件
➢ (1)阴极：钨灯，电流3-4A，加速电压5-8KV ➢ (2)阳极靶材：Cu/Mo/Ni等熔点高、导热性好的金属 ➢ (3)Be窗：d=0.2mm，可透过X射线。
X 射
铅 屏
底
线
晶体

X射线多晶衍射方法及应用

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一、德拜照相法
（一）德拜相的摄照 （二）德拜相机的分辨本领 （三）德拜相的误差及其修正
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（一）德拜相的摄照
1 德拜相机的构造示意图1 (a)主视图；(b) 1—相机盖；2—试样；3—试样杆；4—机身；5— 6—偏心轮；7—槽轮；8—机座；9—滤片；10— 11—承光管；12—荧光屏；13—铅玻璃；14—底片 2 3 （1）正装法。X射线从底片接口处入射，照射试样后从中心孔穿出 （2）反装法。X射线从底片中心孔射入，从底片接口处穿出 （3）不对称装法。在底片上开两个孔，X射线先后从此两孔通过，底片开口
第二类内应力：在数个晶粒范围内存在并平衡的内应力，一般能使衍 射线条变宽，但有时也会引起线条位移。
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二、宏观应力测定原理
（一）单轴应力的测定 （二）平面应力的测定
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三、测试方法及条件
（一）衍射仪法 （二）应力仪法 （三）测试参数
返回
（一）衍射仪法
图25衍射仪测量宏观应力的几何关系1—入射线；2—试样；3—测 角仪圆；4—衍射线；5—计数管；6—反射晶面法线；7—试样表面 法线
1
PC
2
SC）
3
SSD）
4
PSPC）
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（三）计数电路
计数器的主要功能是将X射线的能量转换成电脉冲信号。此外还要将所输出 的电脉冲信号转变成操作者能直接读取的数值。
1 在衍射测量时，进入计数器的除了试样衍射的特征X射线外，尚有连续X射
线、荧光X射线等干扰脉冲。 2 定标器可对脉冲进行累进计数。 3 计数率仪的功能是把从脉冲高度分析器传来的脉冲信号转换为与单位时间脉 冲数成正比的直流电压输出。
第二章 X射线多晶衍射方法及应用

X射线衍射原理及应用PPT课件

X射线衍射原理及应用
内容提要
一、背景介绍 二、 X射线晶体衍射几何理论 三、 X射线晶体衍射的试验技术 四、衍射谱线的数学表达 五、衍射谱线宽化效应 六、X射线衍射技术的应用
一、背景介绍 ——晶体周期性结构与X射线的电磁波属性
晶体结构周期性——立体光栅
物质结构状态：
自然界中物质常见的结构状态包括： 原子完全无序(稀薄气体) 原子近程有序但远程无序(非晶) 原子近程有序和远程有序(晶体)
衍射仪采用平面样品，是 S 一种准聚焦方式。
测角仪圆
A B C 2
-2
聚焦圆
R
探测器与记录系统
X射线衍射仪可用的辐射探测器有正比计数 器、盖革管、闪烁计数器、Si（Li）半导体 探测器、位敏探测器等。
衍射仪法的特点:
试样是平板状 • 存在两个圆(测角仪圆,聚焦圆) • 衍射是那些平行于试样表面的晶面提供的 • 接收射线是辐射探测器(正比计数器…)
晶体结构周期性——立体光栅
固体包括：晶体（单晶体、多晶体）、非晶体
晶体结构：原子规则排列，排列具有周期性，或称
长程有序。有此排列结构的材料为晶体 周期性的结构可以用晶格表示 晶格的格点构成晶格点阵
确定固体中原子 排列形式是研究 固体材料宏观性 质和各种微观过 程的基础
晶体结构周期性——立体光栅
晶体中有很多的晶面族。不同的晶面族有不 同的间距，即，晶格常数，d。
X射线晶体衍射原理
衍射条件：布拉格定律
首先计算每一个晶面上不同点间的相干叠加，即点 间干涉，或称为晶面的衍射。
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原子间距 a
0
a
散射后相遇的总光程差 a cos a cos0 k
当 k 0 0 0 干涉为最强处，即入射角和散射角相等 的方向上干涉最强，即表示各原子层散射射线中满足反射定律
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六、德拜相的指数标定
在获得一张衍射花样的照片后，我们必须 确定照片上每一条衍射线条的晶面指数， 这个工作就是德拜相的指标化。
进行德拜相的指数标定，首先得测量每一 条衍射线的几何位置（2θ角）及其相对强 度，然后根据测量结果标定每一条衍射线 的晶面指数。
六、德拜相的指数标定
完成测量后，可以获得衍射花样中每条线对对应 的2θ角，并根据布拉格方程求出产生衍射的晶 面面间距d。
五、德拜法的实验参数选择
选择阳极靶和滤波片是获得一张清晰衍射花样的 前提。
根据吸收规律，所选择的阳极靶产生的X射线不 会被试样强烈地吸收，即Z靶 = Z样+1或Z靶 >> Z样
滤波片的选择是为了获得单色光，避免多色光产 生复杂的多余衍射线条。
实验中通常仅用靶材产生的Kα线条照射样品，因 此必须滤掉Kβ等其它特征射线。
4θ
面网（dhkl）所产生的衍射线是 形成连续的衍射园锥，对应的
园锥顶角为4θhkl；
由于晶体中有很多组面网，而每组面网有不同 的值，因此满足布拉格方程和结构因子的所有 面网所产生的衍射线形成一系列的园锥，而这 些园锥的顶角为不同的4θhkl；
一、德拜法照相机的结构和工作原理
由于底片是围绕粉末柱环形安装的，所以 在底片上衍射线表现为一对对称的弧线 （θ=450时为直线），一对弧线代表一组 面 所张网的（弧dh度kl）为每：对弧线间的距离为4θhkl，
五、德拜法的实验参数选择
实验中还需要选择的参数有X射线管的电压和电流。通常管 电压为阳极靶材临界电压的3-5倍，此时特征谱与连续谱的 强度比可以达到最佳值。 管电流可以尽量选大，但电流不能超过额定功率下的最大 值。 在管电压和电流选择好后，就得确定曝光时间参数。影响 曝光时间的因素很多，试样、相机尺寸、底片感光性能等 等都影响到曝光时间。曝光时间的变化范围很大，常常在 一定的经验基础上，再通过实验来确定曝光时间。
五、德拜法的实验参数选择
在确定靶材后，选择滤波片的原则是： 当Z靶≤40时,Z滤=Z靶-1;当Z靶>40时,Z滤=Z靶–2, 滤波片获得的单色光只是除Kα外其它射线强
度相对很低的近似单色光。
德拜照片上的Kα与Kβ线及Kα1与Kα2的鉴别 ①Kα与Kβ线的鉴别 d=λKα/Sinθα=λKβ/Sinθβ ②Kα1与Kα2线的鉴别 d=λKα1/Sinθα1=λKα2/Sinθα2
细丝。衍射强度公式中的吸收项µ不一样。 第三，衍射仪法中辐射探测器沿测角仪圆
转动，逐一接收衍射；德拜法中底片是同 时接收衍射。
4.1 X射线衍射仪
衍射仪法使用更方便，自动化程度高，尤其是与 计算机结合，使衍射仪在强度测量、花样标定和 物相分析等方面具有更好的性能。
基本构造：
X射线发生器 测角仪—最为重要，核心部件 辐射探测器 记录单元 附件（高温、低温、织构测定、应力测量、试样旋转）
S=R4θhkl
德拜法就是利用X射线的照相效应，用底 片感光形式来记录样品所产生的衍射花样。
二、衍射花样的记录、测量和计算
垂直 于入 射线 的底 片
二、衍射花样的记录、测量和计算
S=R·4θ θ=S/4R 2dsinθ=λ d=λ/2sinθ
三、x光底片的不同的装片法
正装法 反装法 不对称法
4 X射线的多晶衍射分析及其 应用
4.1 X射线衍射仪 4.2 X射线物相分析 4.3 点阵常数的精确测定 4.4 宏观应力的测定 4.5 微观应力及晶粒大小的测定 4.6 非晶态物质及其晶化后的衍射 4.7 膜厚的测量 4.8 多晶体的织构分析
Ｘ射线衍射分析
单晶—λ变化 θ不变 劳厄法 λ不变 θ变化 周转晶体法
四、德拜法的试样制备
试样尺寸：(φ0.4-0.8)×(5-10)mm的圆柱样品。 制备方法有： （1）细玻璃丝涂上胶水，捻动玻璃丝粘结粉末。 （2）用石英毛细管、玻璃毛细管来制备试样。将
粉末填入石英毛细管或玻璃毛细管中制成试样。 （3）用胶水将粉末调成糊状注入毛细管中，从一
端挤出2-3mm长作为试样。
多晶—粉末法 λ不变 θ变化 德拜法 衍射仪法
德拜法粉末照像
一、德拜法照相机的结构和工作原理
1、结构
试样放置在 位于圆筒中 心轴线的试 样架上。试 样架上设有 调中心的部 件校正试样 偏心。
一、德拜法照相机的结构和工作原理
基本原理：
由于粉末柱试样中有上亿个结
构相同的小晶粒，同时它们有
着一切可能的取向，所以某种
如果样品晶体结构是已知的，则可以立即标定每 个线对的晶面指数；
如果晶体结构是未知的，则需要参考试样的化学 成分、加工工艺过程等进行尝试标定。
在七大晶系中，立方晶体的衍射花样指标化相对 简单，其它晶系指标化都较复杂。
七、德拜相机的分辨能力
分辨能力是指将晶面间距很相近的两组面 网所产生的衍射线分开的程度。分辨能力 可表示为： φ=ΔL/（Δd/d）
五、德拜法的实验参数选择
获得单色光的方法除了滤波片以外，还可以采用 单色器。单色器实际上是具有一定晶面间距的晶 体，通过恰当的面间距选择和机构设计，可以使 入射X射线中仅Kα产生衍射，其它射线全部被散 射或吸收掉。
以Kα的衍射线作为入射束照射样品是真正的单色 光。是，单色器获得的单色光强度很低，实验 中必须延长曝光时间或衍射线的接受时间。
衍射花样的记录、测量及计算
记录方式： 按底片的安装方式不同，有三种方法：
正 装 反 装 不对称装 测量与计算： I相对—目测估计、测微光度计测量 dhkl —从底片上测量计算、使用d尺
四、德拜法的试样制备
试样必须具有代表性；试样粉末尺寸大小要 适中，试样粉末不能存在应力
脆性材料可以用碾压或用研钵研磨的方法获 取；对于塑性材料（如金属、合金等）可以 用锉刀锉出碎屑粉末
它表示晶面间距变化时引起衍射线条位置 相对改变的灵敏程度。
4.1 X射线衍射仪
定义：利用X射 线的电离效应 及荧光效应， 用辐射探测器 来测定记录衍 射线的方向和 强度。
4.1 X射线衍射仪
与德拜法的区别： 首先，接收X射线方面衍射仪用辐射探测器，
德拜法用底片感光； 其次衍射仪试样是平板状，德拜法试样是