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多晶 X 射线衍射仪

Jan 02, 2016

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多晶 X 射线衍射仪. 主要内容. X 射线衍射仪的原理 X 射线衍射仪的操作方法及注意事项 X 射线衍射仪的应用简介. 一、 X 射线衍射仪的原理. 日本理学 D/M AX 2500 VL / PC型 X 射线衍射仪. 荷兰 帕纳科X'Pert PRO MPD型. 物质结构中,原子和分子的距离正好落在X射线的波长范围内 (0.5-2.5埃) ,当X射线入射到晶体时,基于晶体结构的周期性,晶体中各个电子的散射波可相互叠加 ,称之为相干散射,这些相干散射波相互叠加就产生了衍射现象。散射波周期一直相互加强的方向称为衍射方向 。. 布拉格方程 2dsin  = n. - PowerPoint PPT Presentation
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Page 1: 多晶 X 射线衍射仪

多晶 X射线衍射仪

Page 2: 多晶 X 射线衍射仪

主要内容

X 射线衍射仪的原理X 射线衍射仪的操作方法及注意事项X 射线衍射仪的应用简介

Page 3: 多晶 X 射线衍射仪

日本理学 D/MAX2500VL/PC型 X 射线衍射仪

一、 X 射线衍射仪的原理

Page 4: 多晶 X 射线衍射仪

荷兰帕纳科 X'Pert PRO MPD 型

Page 5: 多晶 X 射线衍射仪

布拉格方程 2dsin= n

物质结构中,原子和分子的距离正好落在 X射线的波长范围内( 0.5-2.5 埃),当 X射线入射到晶体时,基于晶体结构的周期性,晶体中各

个电子的散射波可相互叠加 ,称之为相干散射,这些相干散射波相互叠加就产生了衍射现象。散射波周期一直相互加强的方向称为衍射方向。

Page 6: 多晶 X 射线衍射仪

X射线粉末衍射图

400

强度

111

200220

311

222

331

420422

511,333 440 531

600,442

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

2

NaCl的粉末衍射图

Page 7: 多晶 X 射线衍射仪

x 射线的产生原理

Page 8: 多晶 X 射线衍射仪

X射线的产生

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D/MAX2500VL/PC 衍射仪

X射线旋转阳极靶

测试样品台

闪数计数器

Page 10: 多晶 X 射线衍射仪

测角仪示意图

Page 11: 多晶 X 射线衍射仪

θ-2θ 型测角仪光路示意图返回1 返回2

Page 12: 多晶 X 射线衍射仪

X'Pert PRO MPD 型衍射仪

X射线光电管

测试样品台

阵列探测器

Page 13: 多晶 X 射线衍射仪

θ-θ 光路示意图

Page 14: 多晶 X 射线衍射仪

•开机•制样•装样•测试•关机

二、 X 射线衍射仪的操作方法(以 DMAX2500VL/PC型为例)

Page 15: 多晶 X 射线衍射仪

开循环水开仪器总电源开控制器开关开 X 射线 发生器

开机

Page 16: 多晶 X 射线衍射仪

将待测样粉末磨细 , 平均粒径控制在0.1-10μ m;把样品粉末均匀装入样品槽压实抹平 , 使样品与玻璃架表面在同一平面内。

样品制备: 1. 粉末样品

Page 17: 多晶 X 射线衍射仪

样品槽

Page 18: 多晶 X 射线衍射仪

表面尺寸不得大于20mm*20mm( 20mm*10mm),检测面必须平整,洁净。取铝样品架放在平析玻璃上,取制好的块状样品放入样品架的样品框内,检测面朝下。取少量橡胶泥搓成长条,放在样品架上,在橡皮条的两端与样品背面轻压,使样品固定在样品架上。

2. 块状样品

Page 19: 多晶 X 射线衍射仪

样品槽

Page 20: 多晶 X 射线衍射仪

装样

Page 21: 多晶 X 射线衍射仪

测试条件的选定

发散狭缝( DS)限制光束不照到试样以外的地方。1/6 。 3 。 1/2 。 8.5 。 1 。 17 。

…………………. θ-2θ型测角仪光路示意图

Page 22: 多晶 X 射线衍射仪

接收狭缝( RS)限制待测角度位置附近区域之外的 X射线进入检测器。

接收狭缝越窄分辨率越高,衍射强度越低。

一般选为 0.15-0.3mm。防散射狭缝( SS)限制由于不同原因产生的附加散射进入检测器。

一般选择与发散狭缝相同 示意图

Page 23: 多晶 X 射线衍射仪

扫描范围起始角度:无机物 10-20度,有机物 3-5度。

终止角度:无机物 80-90度,有机物 50-60度。

步长 0.01-0.02 度,速度 4-6度 /min。扫描方式连续扫描:速度快,效率高,一般不到

20min 以内可测试好一个样品。步进扫描:需要的时间长,大概 2个小时左右,一般在检测微量物相和需要定量分析时采用。

Page 24: 多晶 X 射线衍射仪

将 X 光发生器电压降到 20kV ,电流10mA ;

关闭 X 光发生器;关闭控制器开关;待 30 分钟后,关闭冷却水;关闭计算机,结束实验。

关机

Page 25: 多晶 X 射线衍射仪

晶体结构分析物相定性分析物相定量分析晶粒大小分析结晶度分析宏观应力和微观应力分析择优取向分析

三、 X 射线衍射仪的应用简介

Page 26: 多晶 X 射线衍射仪

晶体结构分析

XRD 常用于晶体结构分析,测定晶胞参数,甚至点阵类型,晶胞中原子数和原子位置。如测定晶胞参数在研究固态相变、确定固溶体类型、测定固溶体溶解度曲线、测定热膨胀系数等。晶胞参数的测定是通过 X 射线衍射线的位置( θ )的测定而获得的。

Page 27: 多晶 X 射线衍射仪

各晶系的面间距和晶胞体积公式

Page 28: 多晶 X 射线衍射仪

物相定性分析每种物质有自己特定的 X 射线衍射花样,当多种物质同时衍射时,其衍射花样也是各种物质自身衍射花样的机械叠加。它们互不干扰,相互独立。制备各种标准单相物质的衍射花样并使之规范化,将待分析物质的衍射花样与之对照,从而确定物质的组成相。用 jade软件(数据库收藏很多标准单相物质的衍射花样即 PDF 卡片)进行检索匹配。就可以确定材料的物相

Page 29: 多晶 X 射线衍射仪

物相定量分析

K(RIR) 值法:

在一个含有 N 个物相的多相体系中,每一个相的 RIR值(参比强度)均为已知的情况下,测量出每一个相的衍射强度,

可计算出其中所有相的质量分数。

Page 30: 多晶 X 射线衍射仪

其中某相 X 的质量分数可表示为:

式中 A 表示 N 个相中被选定为内标相的物相名称

N

AiiA

iXA

XiX

K

IK

IW

Page 31: 多晶 X 射线衍射仪

式中

右边的 K 是两个物相 X和 A的 RIR 值,

I 值是各物相最强衍射峰的峰面积 .

AOAl

XOAlX

A K

KK

32

32

Page 32: 多晶 X 射线衍射仪

晶粒大小

CosD

hklhkl

890.

其中, Dhkl 为反射晶面 (hkl)垂直方向的尺寸,βhkl 为衍射峰半高宽。

晶粒大小的表达式

Page 33: 多晶 X 射线衍射仪

结晶度所有结晶峰面积的和与总面积的比值。峰面

积用 jade软件可以拟合出。

Page 34: 多晶 X 射线衍射仪

宏观应力测定原理

应力的公式: σ= K1M 其中

式中 K1为应力常数,不同材料有不同值,常规的材料能够从手册中查出, M为 2θ对 sin2ψ的斜率,是计算应力的核心因子,根据上述公式,用波长为 λ的 X射线,先后数次以不同的 λ射角 ψ照射试样上,测出相应的衍射角 2θ对 sin2ψ的斜率,便可算出应力。

18012 01

ctg

EK

2sin

2

M

Page 35: 多晶 X 射线衍射仪

用 X射线衍射仪测定应力 sin2ψ法

首先测定 Ψ=0º的应变

再测定 ψ为任意角时的 2θ,一般为画 2θ~ sin2ψ曲

线,通常取 ψ分别为0 º, 15º, 30, 45º四点测

量。

将以上获得的 ψ为0 º, 15º, 30, 45º时的 2θ值

和 sin2ψ的值作 2θ~ Sin2ψ直线,用最小二乘法求得

直线斜率 M,查表获得 K1,这样就可求得试样表面的

应力。

Page 36: 多晶 X 射线衍射仪

sin2ψ法衍射仪法残余应力测定时的测量几何关系

Page 37: 多晶 X 射线衍射仪

当材料有择优取向时会呈现各向异性,影响材料的机械性能、物理性能和化学性能。由于材料有择优取向时衍射峰的相对强度会发生变化, X 射线衍射仪是通过测定衍射峰的相对强度变化来测定织构的。

择优取向分析

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