x射線衍射的應(yīng)用

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1、一，X射線衍射的應(yīng)用晶體的X射線衍射圖象實質(zhì)上是晶體微觀結(jié)構(gòu)形象的一種精細復(fù)雜的變換。每種晶體結(jié)構(gòu)與其X射線衍射圖之間都有著一一對應(yīng)的關(guān)系。任何一種晶態(tài)物質(zhì)都有自己獨立的X射線衍射圖譜,不會因為它種物質(zhì)混聚在一起而產(chǎn)生變化。這就是X射線衍射物相分析方法的依據(jù)。因此每種物質(zhì)都必有其特有的衍射圖譜。X射線的分析方法主要是照相法和衍射儀法。勞厄等人在1912年創(chuàng)用的勞厄法，利用固定的單晶試樣和準(zhǔn)直的多色x射線束進行實驗；Broglie于1913年首先應(yīng)用的周轉(zhuǎn)晶體法，利用旋轉(zhuǎn)或回擺單晶試樣和準(zhǔn)直單色X射線束進行實驗；德拜（Debye）、謝樂（Scherrer）和

2、HuU在1916年首先使用粉末法，利用粉末多晶試樣及準(zhǔn)直單色X射線進行實驗。在照相技術(shù)上做出重要貢獻的有Seemann聚焦相機、帶彎晶單色器的Guinier’相機及Straumanis不對稱裝片法。1928年Geiger與Miiller首先應(yīng)用蓋革計數(shù)器制成衍射儀，但效率均較低?，F(xiàn)代衍射儀是在20世紀(jì)40年代中期按Friedman設(shè)計制成的，包括高壓發(fā)生器、測角儀和輻射計數(shù)器等的聯(lián)合裝置，由于目前廣泛應(yīng)用電子計算機進行控制和數(shù)據(jù)處理，已達到全自動化的程度。1定性分析1.1物相定性定量分析原理物相分析包括物相定性分析和定量分析。物相定性分析,就是說只要我們辨

3、認(rèn)出,樣品的粉末衍射圖分別是和哪些已知的晶體粉末衍射相關(guān),那么我們就可以斷定該樣品是由哪些晶體物相混合而組成的。顯然,要把這一原理順利地付諸應(yīng)用,需要積累有大量的各種已知化合物的衍射圖資料、數(shù)據(jù)作為參考標(biāo)準(zhǔn),而且還要有一套實用的查找、對比的方法,才能迅速完成未知物衍射圖的辨認(rèn)、解釋,得出其相組成的鑒定結(jié)論。而物相定量分析,是在定性分析的基礎(chǔ)上,通過多次衍射掃描,再計算出每一物相所占的百分比含量。任何物質(zhì)都有其反映該物質(zhì)的衍射圖譜,即衍射線條具有一定的晶面間距d值和相對強度I/I。當(dāng)未知樣品為多相混合物時,其中的各相分都將在衍射圖上貢獻出自己所特有的一組衍射

4、峰(一組d值)。因此當(dāng)樣品中含有一定量的某種相分時,則其衍射圖中的某些d值與相對強度I,必定與這種相分所特有的一組d值與相對強度I全部或至少仍有的強峰(當(dāng)含量較少時)相符合。由此可見,描述每張衍射圖的d值和相對強度I/I1值,是鑒定各種物相的手模腳印。十分明顯,如果事先對一切純凈的單相物質(zhì)進行測定,并將其d值和相對強度I/I1保存在卡片上,這就是粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)卡片。目前,內(nèi)容最豐富、規(guī)模最大的多晶衍射數(shù)據(jù)集是由JCPDS編的粉未衍射卡片集(PDF)。(JCPDS是JointCommitteeonPowderDiffractionStandards(粉未衍

5、射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會)的縮寫)。至1987年,JCPDS卡片集有37集,化合物總數(shù)已超過50000種,并且PDF數(shù)據(jù)卡片的數(shù)目以每年2000張的速度在增長?，F(xiàn)在將我們測得的樣品衍射圖的d值和相對強度I/I1與PDF卡片一一比較,若某種物質(zhì)的d值和I/I1與某一卡片全部都能對上,則可初步肯定樣品中含有此種物質(zhì)(或相分),然后再將樣品中余下的線條與別的卡片對比,這樣便可逐次地鑒定樣品中所含的各種相分。1.2晶體X射線衍射圖的獲得和數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)1.3定性分析舉例(a)實驗條件儀器：采用日本理學(xué)Rigaku公司的D/Max-2400X型射線衍射儀,Cu靶Kα輻射，X射

6、線波長為0.154056nm，管電壓40kV，管電流100mA）測試樣品的晶型和粒度；采用JEM-1200EX型透射電子顯微鏡觀察粒子的形貌,加速電壓為80kV；溫度：19.5℃(室溫)。(b)X射線衍射分析樣品的X射線衍射譜如圖1所示，圖中各衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)晶態(tài)銀卡片上的保持一致，粉末呈面心立方結(jié)構(gòu)的晶態(tài)。衍射譜圖中未見其它雜質(zhì)物相衍射峰的存在，故所制產(chǎn)物為純凈的銀粉。同時由于反應(yīng)產(chǎn)物粒徑細小衍射峰明顯寬化。樣品的晶粒尺寸用XRD峰的半高寬根據(jù)Scherrer公式d=0.89/(Bcosθ)估算，式中K為常數(shù)，用銅靶時近似為0.89；波長為λ=1.54056

7、A；d為粒徑；θ為衍射角；B為主峰半峰寬所對應(yīng)的弧度值。以(111)晶面衍射峰為基準(zhǔn)計算得晶粒尺寸為22nm。圖1:Ag納米粉的X射線衍射譜圖(XRDPatternofAgnano-particles)2.點陣常數(shù)的精確測定任何一種晶體材料,在一定條件下都有確定的點陣常數(shù)。當(dāng)外界條件（如溫度、壓力以及化學(xué)成分、內(nèi)應(yīng)力等）變化時，點陣常數(shù)都會隨之改變；同種合金在不同的熱處理制度下會析出點陣常數(shù)不同的同一相。精確測定這些變化對研究材料的相變、固溶體含量及分解、晶體熱膨脹系數(shù)、內(nèi)應(yīng)力、晶體缺陷等諸多問題非常有用。所以精確測定點陣常數(shù)的工作是十分必要的。2.1傳統(tǒng)

8、的測量理論測量衍射角和衍射強度(2θ~I)曲線。為此,首先根據(jù)X射