XRD基础性问题.docx

XRD图谱可分为大角度和小角度之分，如果是小角度的强度问题，一方面由于两次测量误差引起的，但写文章时你不可能这样写吧，再说这个对同一样品两次测量或许是这个原因，但我想可能与你的结构的有序性有关的，有序性好多轻度大，有序性差的强度低点。如果是大角度，可能与你的粒径大小有关的。同一负载量，强度大的 粒径大，强度小的粒径小，半峰宽窄的大，宽的小。与浓度没有多大关系，即使负载量大的，粒径小的强度也可能小。XRD中，峰是不同晶面的衍射峰。也就是说不同峰的相对强度代表着晶面的含量的。如果是你最高峰与文献的不同，也就是说在你的物质中，某些晶面或者是全部晶面的比例与文献不同，我认为你合成的东西可能不是那文献说的那种物质。物理学中，干涉（interference）是两列或两列以上的波在空间中重叠时发生叠加从而形成新波形的现象。强度只能说明结晶度的情况，峰的位置是证明晶型的标准，如果峰位置对的上证明是同一种晶型，使用不用的机器同种物质的峰强可能不一样，并且同一台机器如果步长不一样也会出现不同的峰强度，所以不能证明你的强度跟标准谱图的强度关系来判定结晶度的高低，标准谱图一般是经过计算得到的，并不是制备的衍射（英语：diffraction）是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。散射（Scattering） 分子或原子相互接近时，由于双方具有很强的相互斥力，迫使它们在接触前就偏离了原来的运动方向而分开，这通常称为“散射”。散射是指由传播介质的不均匀性引起的光线向四周射去的现象。如一束光通过稀释后的牛奶后为粉红色，而从侧面和上面看，却是浅蓝色的。光束通过不均匀媒质时，部分光束将偏离原来方向而分散传播，从侧向也可以看到光的现象，叫做光的散射散射是指光线被无数小微粒各自反射到四面八方，比如说晚上在外面打开手电会看见光柱，按理说手电不对着你的眼睛，光线不会自己拐弯钻进你的眼睛，那你怎么会看见光柱呢？那是因为手电光被小尘埃阻挡并反射到四面八方，一部分反射到你的眼睛里。这就叫散射。衍射是指波在经过缝隙或障碍物在它并未经过的部位也引起了波的现象（看看物理书上的图），缝隙或障碍物的尺寸跟波长差不多或比较小时这种现象才会明显。瑞利散射英文名称：Rayleigh scattering 其他名称：分子散射定义1：尺度远小于入射光波长的粒子所产生的散射现象。根据英国物理学家瑞利(Lord John William Rayleigh，18421919)研究指出，分子散射强度与入射光的波长四次方成反比，且各方向的散射光强度是不一样的。 应用学科：大气科学（一级学科）；大气物理学（二级学科）。定义2：在介质中传播的光波，由于材料的原子或分子结构随距离变化而引起的散射。 应用学科：通信科技（一级学科）；通信原理与基本技术（二级学科） 。当一束单色x射线人射到晶体时，由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成，这些规则排列的原子间距离与人射 x 射线波长有相同数量级，故由不同原子散射的x 射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强x 射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度，与晶体结构密切相关。 这就是x射线衍射的基本原理。衍射线空间方位与晶体结构的关系可用布拉格方程表示。2dsin=n式中d为晶面间距;n为反射级数;为掠射角;为x射线的波长。 布拉格方程是 x 射线衍射分析的根本依据。普通的2扫描是样品或x射线管转动，探测器转动2，一般依据峰位分析物相；扫描，即摇摆曲线，入射的X光保持不变，探测器保持不变，同时入射光同探测器之间的夹角也保持不变（固定在2theta）。然后样品围绕着平行于样品表面的一根轴（此轴也垂直于由入射光和探测器两相交直线构成的平面）来回转动，用来描述某一特定晶面在样品中角发散大小的测试方法；扫描，即phi-scan，是样品先倾斜一个角度（要扫的面和生长面的夹角）再自身旋转360度，一般用来分析样品面内排布（对称性，有无孪晶等）。XRD实验样品如何制作？XRD衍射试样可以是金属、非金属的块体、片体或者粉末。对于块状、板状、圆柱状样品，必须将其磨成一个平面，面积不能小于10*10mm。如果面积太小可以用几块粘贴在一起。如果是片状、圆柱状样品可能会存在严重的择优取向，衍射强度异常，给定性定量分析带来麻烦。因此测试时应该合理选择响应的方向平面。对于测量金属样品的微观应力（晶格畸变），测量残余奥氏体，要求样品不能简单粗磨，要求制备成金相样品，并进行普通抛光或电解抛光，消除表面应变层。对于薄膜样品，需要特别注意薄膜的厚度。由于XRD分析中X射线的穿透能力较强，所以适合比较厚的薄膜样品的分析，X射线测量的膜厚度约20个纳米。此外，样品应该有较大的面积，薄膜比较平整，表面粗糙度小。对于纤维样品的测试应该提出测试纤维的照射方向，是平行照射还是垂直照射，因为取向不同衍射强度也不相同。对于焊接材料，如断口、焊缝表面的衍射分析，要求断口相对平整，提供断口所含元素。如果一个断口照射面积小则可用两个或三个断口拼起来。XRD衍射实验更多的是采用粉末样品，那么粉末样品又有什么要求呢？粉末样品制备通常分为两步，首先需把样品研磨成适合衍射实验用的粉末，然后，把样品粉末制成有一个十分平整平面的试片。粉末样品要求磨成320目的粒度，大约40微米（如果需要做结构精修，样品需磨成10微米左右）。如果粒度粗太大衍射强度底，峰形不好，分辨率低。如果样品太细，小于100nm以下，容易造成衍射峰宽化。要了解样品的物理化学性质，如是否易燃，易潮解，易腐蚀、有毒、易挥发，以免污染X射线衍射仪样品台或者带来其他危害。粉末试样用粘接剂调和后填入试样架凹槽中，使粉末表面刮平与框架平面一致。粉末样品要求大约1-2克，如果太少也需5毫克。对于样品量比较少的粉体，一般可采用分散在胶带纸上黏结或者分散在石蜡油中形成石蜡糊。所使用的胶带注意是本身对X射线不产生衍射。附：常用筛网目数与粒径对照表如何选择XRD狭缝系统我们在做XRD实验时，X射线衍射仪的三个狭缝是重要的仪器信息。那么该如何选择狭缝系统呢？下面为大家详细介绍：总的来说，狭缝的大小对衍射强度和分辨率都有影响。大狭缝可以得到较大的衍射强度，但会降低分辨率。小狭缝可以提高分辨率但损失强度。如果需要提高强度，就选大的狭缝，需要提高分辨率宜选小的狭缝。发散狭缝（缩写“DS”）用来控制入射线的能量和发散度，因此也限定了入射线在试样上的照射面积，设置在Sollar狭缝与样品之间。发散狭缝的目的是为了限制X光束不要照射到样品以外的地方，以免引起大量的附加散射。在照射宽度不超过试样宽度的情况下，DS的宽度越宽，X射线的强度越强。通常使用1。的发散狭缝。如果试样的衍射峰在20.以下出现很多，应使用1/2。的DS。防散射狭缝（缩写“SS”）用来防止一些寄生散射（如各狭缝光阑边缘的散射，光路上其它金属附件的散射）进入检测器，有助于减低背景。防散射狭缝是光路中的辅助狭缝。此狭缝如果选用得当，可以得到最低的背底，而衍射线强度的降低不超过2。如果衍射线强度损失太多，则应改较宽的防散射狭缝。防散射狭缝设置在样品与Sollar狭缝之间。一般的，使用与发散狭缝一致的狭缝大小。接收狭缝（缩写“RS”)用来控制衍射线进入计数器的能量。接收狭缝是为了限制待测角度位置附近区域之外的X射线进入检测器，它的宽度对衍射仪的分辨能力、线的强度以及峰高/背底比有着重要的影响作用。接收狭缝宽度增加至两倍，XRD衍射积分强度也增加到两倍，衍射峰的分辨率降低。当多条衍射峰相互重叠时，不要使用过宽的接收狭缝。一般使用0.3mm的接收狭缝。除了发散狭缝、防扩散狭缝、接收狭缝三个狭缝外，XRD衍射仪光路上还有Sollar 狭缝。它是一组相互平行、间隔很密的薄片光阑，实际上是由一组平行等间距的、平面与射线源焦线垂直的金属簿片组成，用来限制X射线在测角仪轴向方向的发散，使X射线束可以近似的看作仅在扫描圆平面上发散的发散束，分别设在射线源与样品和样品与检测器之间。如何根据样品选择合适的XRD阳极靶一般来说，根据样品选择XRD阳极靶的基本要求是：尽可能避免XRD靶材产生的特征X射线（主要是K射线）激发样品的荧光辐射，以降低衍射花样的背底，使图样清晰。 当X射线的波长稍短于试样成分元素的吸收限时，试样就会强烈地吸收X射线，并激发产生荧光X射线，导致背底增高。而背底增高的结果是峰背比(信噪比)P/B低(P为峰强度，B为背底强度)，使得衍射图谱难以分清。 那么如何判断XRD阳极靶会造成样品荧光辐射呢？我们可以从X光波长与样品对X光的质量吸收系数的关系来得出。波长 和样品的质量吸收系数的关系以下是常见靶材的特征谱参数元素原子序数K系特征谱波长（nm）激发电压(kV)工作电压(kV)K1K2KKCrFeCoNiCuMo2426272829420.228960.193600.178890.165780.154050.070930.229350.193990.179280.166170.154430.071350.229090.193730.179020.165910.154180.070170.208480.175650.162070.150010.139220.063235.897.107.718.298.8620.020-2525-303030-3535-4050-55 因此避免或减少产生荧光幅射，XRD的靶材可以根据以下几条来选择： 1：Z靶Z样1；或Z靶Z样。 2：当样品中含有多种元素时，一般按含量较多的几种元素中Z最小的元素选靶。 3：避免使用比样品中的主元素的原子序数大2-6（尤其是2）的材料作靶材的X射线管。 除了XRD靶材引起荧光辐射的影响外，还有入射线波长的影响：根据布拉格方程，d值至少是波长的1/2，即XRD所能测量的d值取决于X光的波长。X光的波长越长则可能产生的衍射线条越少，不利于准确分析。附：常见靶材的特长与用途靶材种类主要特长用途Cu适用于晶面间距0.1-1nm的测量几乎可以测量所有样品，采用单色器滤波，测量含Cu试样时有很高的荧光背底；如采用Kb滤波，不适用于Fe系试样测量CoFe试样的衍射线强，如用Kb滤波，背底高。最适宜于单色器法测量Fe系样品FeFe试样的背底小最适宜于滤波片测量Fe系样品Cr波长长包括Fe试样的应用测量Mo波长短奥氏体相的定量分析，金属箔的透射方法测量W连续X射线强单晶的劳埃照相测定XRD扫描参数如何确定？在XRD测试过程中，扫描参数是一个非常重要的实验参数。本篇为大家讲解如何确定XRD的扫描参数。首先，需要了解一下XRD的两种扫描方式。步进扫描试样每转动一步（固定的）就停下来，测量记录系统开始测量该位置上的衍射强度。强度的测量也有两种方式：定时计数方式和定数计时方式。然后试样再转过一步，再进行强度测量。如此一步步进行下去，完成指定角度范围内衍射图的扫描。步进扫描一般耗费时间较多，因而须认真考虑其参数。选择步进宽度时需考虑两个因素：一是所用接收狭缝宽度，步进宽度至少不应大于狭缝宽度所对应的角度；二是所测衍射线线形的尖锐程度，步进宽度过大则会降低分辨率甚至掩盖衍射线剖面的细节。为此，步进宽度不应大于最尖锐峰的半高度宽的1/2。但是，也不宜使步进宽度过小。步进时间即每步停留的测量时间，若长一些，可减小计数统计误差，提高准确度与灵敏度，但将损失工作效率。定速连续扫描试样和接收狭缝以角速度比1:2的关系匀速转动。在转动过程中，检测器连续地测量X射线的散射强度，各晶面的衍射线依次被接收。计算机控制的衍射仪多数采用步进电机来驱动测角仪转动，因此实际上转动并不是严格连续的，而是一步一步地（每步0.0025）跳跃式转动，在转动速度较慢时尤为明显。但是检测器及测量系统是连续工作的。连续扫描的优点是工作效率较高。例如以2每分钟转动4的速度扫描，扫描范围从20-80的衍射图15分钟即可完成，而且也有不错的分辨率、灵敏度和精确度，因而对大量的日常工作（一般是物相鉴定工作）是非常合适的。步长选择两种方式都要适当选择采集数据的“步长”。采样步长小，数据个数增加；每部强度总计数小，计数误差大，但能很好的再现衍射的剖面图。采样步长大，能减少数据的个数，减小数据处理的数据量，每步强度总计数大，计数误差较小，但步长过大将影响衍射峰形的出现。一般来说，步长取衍射峰半高宽的1/5或者1/10作为基准。定性分析时把0.02度作为基准。精确测定衍射峰形时取0.01-0.005度的步长。XRD定量定性分析粒度要求及简单判断方法对于一般定性分析，样品的粒度应小于40微米，即350目。而对于定量分析，一般要求粒度小于10微米。比较方便的确定粒度的方法是：用手指捏住少量粉末并碾动，如果两手指之间没有颗粒感觉的话，该样品的粒度大约10微米。在jade中如何平移XRD衍射谱图在XRD数据转换过程中，有可能会使XRD的谱图被归零（如，初始角度20度，转换格式后，初始角度为0度）。我们可以在jade中平移一个初始角度来恢复。具