材料分析测试 第六章 X射线衍射方法ppt课件

.,1,第六章X射线衍射方法,第一节多晶体衍射方法一、（粉末）照相法二、衍射仪法第二节单晶体衍射方法,西南科技大学张宝述,.,2,德拜法（德拜-谢乐法）照相法聚焦法多晶体衍射方法针孔法衍射仪法劳埃（Laue）法单晶体衍射方法周转晶体法四圆衍射仪,.,3,第一节多晶体衍射方法,一、（粉末）照相法光源：X射线管产生的单色光（特征X射线，一般为K射线）样品：圆柱形记录：底片（感光胶片）。德拜（Debye）法：用其轴线与样品轴线重合的圆柱形底片记录。针孔法：用平板底片记录。德拜法照相装置称为德拜相机,.,4,德拜法的衍射花样,衍射弧对,前反射区,背反射区,1.成像原理与衍射花样特征,成像原理：厄瓦尔德图解,（HKL）衍射圆锥,针孔法的衍射花样：同心的衍射圆环。,.,5,德拜法的衍射花样(弧对),针孔法的衍射花样（同心圆）,.,6,德拜相机构造示意图,胶片紧贴内壁,（1）德拜相机,常用相机内直径（D）:57.3mm，底片上每mm长度对应2圆心角。114.6mm，底片上每mm长度对应1圆心角。,2.实验技术,其它直径行不行?,.,7,（2）德拜法的样品制备,粉碎（韧性材料用挫刀挫）、研磨过筛（250-325目）粘接为细圆柱状样品大小：直径0.20.8mm左右），长度约为1015mm。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,.,8,（3）底片的安装,正装法,反装法,偏装法或不对称安装法,根据底片圆孔位置和开口所在位置不同，安装方法分为3种。,常用于物相分析,常用于测定点阵常数,适用于点阵常数的精确测定等,可校正由于底片收缩及相机半径不准确等因素产生的测量误差,.,9,（4）选靶与滤波,选靶：指选择X射线管阳极（靶）所用材料。常用的有Cu、Fe、Co等靶。,基本要求：靶材产生的特征X射线（常用K射线）尽可能少地激发样品的荧光辐射，以降低衍射花样背底，使图像清晰。,质量吸收系效（m）与波长（）关系示意图,KK吸收限,当K靶远长于K样或K靶远短于K样时可避免荧光辐射的产生。,当K靶稍长于K样（K靶K样K靶）时K射线也不会激发样品的荧光辐射,.,10,按样品的化学成分选靶,Z靶Z样时K靶K样,Z靶Z样时K靶90,前反射tan2=L/D，290,（1）测量劳埃斑至底片中心距离，按下式计算其角；,（2）将描有劳埃斑J及底片中心的透明纸放在乌氏网上，使底片中心与乌氏网中心重合；,（3）转动透明纸，使J落在乌氏网赤道直线(赤道平面直径)上；,（4）由乌氏网赤道直线边缘(端点)向中心方向量出度，所得之点即为该劳埃斑点J相应反射晶面的极射赤面投影M。,劳埃花样指数标定时，要将底片上若干斑点(通常在底片上取三四条晶带曲线，每条曲线上取三四个清楚的斑点)逐个按上述步骤作各自的极射赤面投影。,.,46,劳埃花样指数标定,作底片上若干劳埃斑的极射赤面投影，与一套标准极图照；一旦找到对应关系，即所有劳埃斑的极射赤面投影与某标准极图上的若干投影点一一重叠，则可按该标准极图各投影点指数一一标记劳埃斑指数。由于各标准极图分别以(001)、(011)等低指数重要晶面为投影平面，而由劳埃斑确定其极射赤面投影时以平行于底片的平面为投影平面。除非巧合，底片(平面)放置时一般不与样品中(001)、(011)等晶面平行，因而上述比较对照一般难于直接得到结果。为此，需将所作劳埃斑的极射赤面投影进行投影变换，然后再重复上述对照比较工作。,.,47,投影变换过程示例,利用乌式网进行投影变换,由于M1点移动度相当于其对应晶面连同整个晶体转动度，故其余各投影点(如M2、M3)沿各自所在的纬线小圆弧移动相同的角度，即得到各自的以M1点对应晶面为投影面的新投影点(如M2、M3)。,（1）将描有各劳埃斑极射赤面投影点(M1、M2等)的透明纸放在乌氏网上，底片中心与乌氏网中心重合；,（2）转动透明纸将选定的欲以其相应晶面作为新投影面的投影点(如图中之M1)压在赤道平面直径线上；,（3）沿赤道直线将M1点移至基圆中心(O)，此时M1点相应晶面与赤道平面重合，即成为新的投影面；,（4）用乌氏网量出M1移动至O点的角度；,.,48,周转晶体法,光源：特征X射线（单色光）样品：单晶体（转动）记录：圆柱形底片应用：较少，可用于对称性较低（如正交、单斜等晶系）晶体的结构分析。,.,49,综合衍射仪法与周转晶体法发展起来的单晶体衍射方法，已成为单晶体结构分析的最有效方法。四圆衍射仪由光源、样品台、检测器等部件构成。特点：实现样品在空间3个方向的圆运动（转动）以及检测器的圆运动（转动），前3个圆运动共同调节晶体样品的取向，后者保证衍射线进入检测器。,四圆衍射仪,.,50,复旦大学测试分析中心,荷兰ENRAFNONIUS公司制造的四圆单晶衍射仪,.,51,德国布鲁克公司的SMARTAPEX-CCD单晶衍射系统,.,52,德国布鲁克公司的SMARTAPEX-CCD单晶衍射系统简介(中国地质大学李国武),灵敏度高：传统的X射线单晶或粉末衍射仪样品体积至少在100微米以上，目前电荷耦合探测器（CCD）技术已突破了这个限制并大约提高了一个数量级。微区X射线晶体结构分析：只要晶体颗粒大小在20微米以上，不管晶体来源于薄片、光片、重砂或者包裹体，只要在双筒显微镜下能够被观察到，而且能够被移至玻璃丝的尖端，则该微粒的晶体结构就有可能得到阐明。多功能：单晶和多晶均可分析。传统四圆衍射仪只能分析单晶。另外，运用CCD技术可以使得传统的单晶衍射得不到单晶衍射斑点的晶体由于选取小颗粒而成为“单晶体”。从而使得大部分原来晶体结构无法阐明的晶体，其晶体结构细节得到阐明。速度快：四圆衍射仪收集一个样品的数据，一般需3-4天，而该系统只需6-8小时。,.,53,必须注意,小于20微米的颗粒，自然界及人工合成物中仍有大部分晶体仍然不是单晶颗粒，它们往往是结晶颗粒小至纳米量级的微小晶体杂乱无章的排列而成的嵌晶集合体。在这种情况下，只能得到粉末衍射的德拜环，而不是单晶衍射斑点。当前X射线粉末衍射技术已有了飞速发展，运用粉末图全谱拟合（如Rictveld法等）或从头算技术，根据粉末衍射数据得到一套完整的X射线晶体学数据（包括晶系、晶胞参数、空间群及晶体结构）也是可能的。,.,54,教学目的及要求,1概念：选靶，滤波，衍射花样的指数化，连续扫描法，步进扫描法.2熟悉X射线衍射方法的种类。3掌握德拜（Debye）法成像原理与衍射花样特征，了解样品制备方法，掌握靶和滤波片的选择方法，了解摄照参数的选择，掌握衍射花样的测量、计算和指数化。4了解多