XRD物相检索的过程详解

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把数据读入JADE后,我一般不做任何处理就先检索物相,有人喜欢先平滑,但是,平滑的数据会失真,如果不是衍射图特别不好,建议不要先做平滑,当然也不要扣背景,扣Ka2了。这样做的目的,只是为了最真实地找出物相来。在按下S/M后,也会有一个提问,也是问要不要扣背景,也是回答N的。

鼠标的右键按下S/M,建议不要用左键按。右键按下后会出现一个对话框,这里要做的主要是:选择PDF卡片数据库,我一般只选4个库,即无机物,矿物,ICSD无机物和ICSD矿物。当然,如果你做陶瓷,则也应当加上陶瓷库。

第二个要选择的是要不要加入元素过滤器。这是随时改变的。

一个样品第一次检索时,我一般懒得加元素限定条件,也就是不选择元素过滤器,让系统自动在全部卡片上过一遍,看看能否找得到所要的物相。一般都能找出一个两个物相来,选上它。返回到初始窗口。

右键再次按下S/M,打开条件对话框,加入元素限定条件。

加元素绝对不是一古脑儿都加进去,而是有意识,有步骤地加入。检索的过程,我经常说是一个猜数的过程。自己脑子里先有结果,然后再有意识地去找出来,得到验证。

现在很多人做掺杂,做合金的喜欢做大概有10种元素的合金,是否要一次性地把这些元素都加进去呢?肯定是不行的。有些元素,加入量极微,起一些特殊作用,也形成新相,但是,这些相只有通过电子探针或TEM才能找得出来,用XRD是绝对检测不出来的,因此,在加入元素时,要考虑会形成什么样的相,才加入什么样的元素。即使会形成量较多的相,但是,也不要全部加入,一次加入的元素原则上不超过4个,否则就起不到“元素限定”的作用。在的意识地加入某些元素后,再检索,可能会找到另外一些次要相。

在反复几次后,可能还有一些峰没有找到对应的物相,这时,先点一下“画峰按钮”(即求面积的按钮),在一个较强剩余峰下面划一下,即选定这个峰,再S/M,可能会找到与这个峰对应的物相。

在这里要注意两个问题,一是,不能光看是否与这个峰对应,还应当考虑是否有其它峰与所找出的物相谱对应。

二是要不要加入元素限定,可以先不加入元素,大范围地找,如果找不出,再加入元素限定再找。

如果找选的峰找不出新物相来,则换个峰试试。

检索的步骤就是这样,需要反复地去S/M,支摸索。你可以先把可能的相都选上,然后,再一个一个地验证,如果明显矛盾就去掉。如此反复,以至全部峰都找到相应的物相。

如果我们把样品分类,照我的理解,可以分成三大类:

第一类是天然矿物,第二类是人工合成,第三类就是合金。下面我来说说这些样品的特色。照我的理解,天然矿物是最好分析的,因为就那么些种类,而且,天然矿物的数据库特别地全,所有已知矿物都能找到相应的卡片,不存在“新相”的问题。数据库中的数据最成熟。但是,天然矿物也是最容易出现“错判”的样品,特别是粘土类样品,更是这样。有些粘土类矿物,大家都长得差不多(峰位重合),很难根据一个谱线来说这个样品一定就有什么什

么。

不过,矿物都有自己的一些特性,比如,蒙脱石能吸水、甘油等,遇到这些东西会涨起来,峰位会往左边偏,高岭石在高温下会被烧掉,绿泥石能溶于热盐酸等。因此,分析一个这样的矿物样品需要做多个实验。测多次谱线,最后来证明到底有什么,没什么。

当然,对于矿物来说,还有地域的问题,有酸性地与碱性地的问题,有成矿原因,大地构造的问题。有人非说新疆某地区长出了高岭石,那会闹出笑话来。

这种问题不是XRD本身能解决的,这说明,用XRD来分析物相,专业知识是多么重要!

世界上最好分析的样品应当就是人工合成的了。它们的衍射谱绝对“标准”,甚至不加入任何限定条件就能找出来主要的物相来。但是,也有点问题。

第一个问题,可能是化学家偷懒了。合成后的样品没有清洗干净,带有很多原材料在里面。这时应当考虑会是什么东西没洗干净,有意识地去找这种东西。

第二个问题是,反应没有完全,带有中间产物,这时可能就惨了。因为很多中间产物在PDF 卡片库中没有数据。根本找不出是什么东西来。只知道它是一个中间产物。

第三个问题可能也是第二个问题,产物是非晶、部分非晶、结晶不完整,导致峰宽化特别严重,有些峰根本都看不到。如果在差一点的仪器上检测,而且扫描速度快一点的话,也许看到的就是一根平线。这时候只有猜了,猜出多少是多少。

很多人在做化学掺杂,有人就问到,掺杂后是不是有新相出现呢?我个人以为,如果掺进去了,就不会出现新物相,衍射谱是很好的与没掺杂前一样的谱线,这是因为,掺杂只是原子占位的问题,原来的原子位置被“杂质”原子所占有,晶体结构如果发生改变,只是很少的改变,只是峰位的微小变化。凭眼睛是看不出来的,如果非得要知道变化了多少,需要用到结构精修。

当然,如果没有掺进去,就会有其它相的存在,这些其它相,可能是原料相,也可能是中间相。做电池的知道,LiMnO2里面掺点Ni,Co进去,还是LiMnO2结构,但精修后,结构有点不同。如果没有掺得好,会有MnO2,Mn3O4以及其它氧化物存在,如果反应不好,可能会有很宽的衍射峰出现。这时就真不知道是什么东西了。

再来说一下第三类样品,就是合金。

带首饰要带纯金,做人要做赤子。但是,做金属材料的就不喜欢做纯金属,这些都有人做过了,没做头了。因此,大家就一个劲地往某种纯金属里面掺杂。少的两三种,多的十多种,混在一起一锅煮。最后生成个什么东西呢?为了知道生成了什么东西,就会想到用XRD。但是,这就苦坏了做XRD的人。因为:

合金中存在固溶现象,其它金属原子可以进入到其它金属原子的结构中进行置换,形成所谓的固溶体。因为固溶原子的进入,衍射峰变宽,而且还移位。有时候会什么相都找不出来。如果是固溶引起的峰位移,那么,一般情况下峰会往一边移,如果发现PDF线都落在衍射峰的一边,而且还一个个地对应得很好,就算有这种玩意了。

固溶对基体相的影响还好处理,不好处理的是析出相。这些相的含量本来就很低,加上有固溶的影响,就变得似是而非了。总体的原则还是这样,我们不管强度对应与否,不管位置误差,只要一一对应就好了。

合金的另一个问题是加工。

铸铁只能用来做锅子炒菜,做水管还只能做下水管。合金是要经过加工的。但是,一加工,就有织构,有择优取向了。这时候的问题就来了。

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