纳米材料实验 XRD测定TiO2纳米粉体的晶型并用谢乐公式计算粒度.doc

实验六 XRD测定TiO2纳米粉体的晶型并用谢乐公式计算粒度 一．实验目的 概括了解X射线衍射仪的结构及构造 掌握X射线衍射仪测定物相原理并学会测定TiO2纳米粉体的晶型 掌握用谢乐公式计算TiO2纳米粒子的粒径 二．X射线衍射仪简介 我们使用的是德国BRUKER公司生产的D8—ADVANCE全自动X射线衍射仪。它可以精确测定晶体的点阵参数、、、 图1 D8—ADVANCE全自动X射线衍射仪工作原理方框图 图2 测角仪构造示意图 G—测角仪圆；S—X射线源；D—试样；H—试样台；F—接收狭缝；C—计算数；E—支架；K—刻度尺 图2 是X衍射仪的中心部分——测角仪的示意图。D为平板试样，它安装在试样台H上，试样台可围绕垂直于图面的轴O旋转。S为X射线源，也就是X射线靶面上的线状焦斑，它与图面相垂直，与衍射仪轴平行。由射线源射出的发散X射线，照射试样后即形成一根收敛的衍射光束，它在焦点F处聚集后射进记数馆C中。F处有一接收狭缝，它与计数管同安装在可围绕O旋转的支架E上，其角位置2θ可以从刻度尺K上读出。衍射仪的设计使H和E的转动保持固定的关系，当H转过θ度时，E即转过2θ度。这种关系保证了X射线相对于试样的“入射角”与“反射角”始终相等，使得从试样产生的衍射线都正好能聚焦并进入计数管中。计数管能将X射线的强弱情况转化为电信号，并通过计数率仪、θ角的变化情况。 测角仪的光学布置也在图2中展出。S为靶面的线焦点，其长轴方向为竖直。入射线和衍射线要通过一系列狭缝光阑。K为发散狭缝，L为防发散狭缝，F为接受狭缝，分别限制入射线及衍射线束在水平方向的发散度。防散射狭缝还可以排斥非试样的辐射，使峰底比得到改善。S1，S2为梭拉狭缝，是由一组相互平行的金属薄片所组成，相邻两片的空隙在0.5mm以下，薄片厚度大约为0.05mm，长为60mm。梭拉狭缝可以限制入射线及衍射线束在垂直方向的发散度至大约2°。衍射线在通过狭缝L﹑﹑﹑﹑﹑θ决定，而θ取决于波长λ及面间距d，其中d是决定晶体结构的基本量。因此，在进行定性相分析时，为了便于对比和存储，通常用d和I（衍射线相对强度）的数据组代表衍射花样。也就是用d-I数据组作为物相分析的基本判据。 物相分析方法是将由试样测得的d-I数据组（即衍射花样）与已知结构物质的标准d-I数据组（即标准衍射花样）进行对比，从而鉴定出试样的物相或其中存在的相。标准d-I数据组现已被制成卡片，成为PDF卡片。 四．测定TiO2晶型实验内容 1．测试参数的选择 实验参数选择的合理与否是影响实验精度﹑① 确定X射线管阳极的种类，选择合适的滤片、、② 测角仪狭缝光阑的选择：发散狭缝为°~1°，防散射狭缝为°~1°，接受狭缝为0.2mm或0.4mm。 ③ 测角仪的扫描速度太大会造成峰的不对称宽化，故为提高测量精度，应尽量选小扫描速度，一般常用的扫描速度为1°/min或2°/min。 ④ 计数率仪的时间常数是对衍射强度进行记录的时间间隔的长短。为提高测量精度，应选尽可能小的时间常数。一般选在1-4s。 ⑤ 计数量程可对衍射强度进行适当衰减调节，以获得适当大小的衍射峰。一般选量程×2，定标衰减×1。 ⑥ 自动记录仪的走纸速度加快可以提高角度分辨率从而提高测量精度，但却有可能使弱的或弥散的衍射线淹没在背底之中。一般选在300~400mm/h。 ⑦ 计数参数的选择：用盖革计数器时，在评区，计数率随电压增加得很慢，且为线性，所以盖革管应在这个区域内工作。但要使计数率与X射线强度（即光子数目）准确地成正比，则必须保证施加稳定电压，大约1400V。 2．实验步骤 ① 取适量TiO2粉末置于玻璃片上，放于X射线衍射仪中，调整好实验参数，获取衍射图样。 ② 利用布拉格公式计算面间距d值和测定相对强度I / I1（I1为最强线的强度）：定性分析以2θ＜°的衍射线为主要依据。要求d值有足够的精度，2θ角和d值分别给出0.010°和0.001位有效数字。 ③ 检索PDF卡片：对所计算的d值给出适当的误差△d之后，用三强线的d- I / I1值在PDF卡片索引的相应d值组中查到被测相的条目，核对八强线的d- I / I1值。当八强线基本符合时，根据该条目指出的卡片编号取出PDF卡片，将其中全部的d- I / I1值与被测的衍射花样核对，给出与被测相对应的PDF卡片。检索PDF卡片可以用人工检索，也可以用计算机自动检索。如：若所测TiO2为纯锐钛矿晶型，则应对应编号为21- 1272 的PDF 卡片。 ④ 若有时经初步检索和对卡后不能给出唯一准确的卡片，如TiO2中可能同时存在锐钛矿晶型和金红石晶型，则需要根据具体衍射花样和相关资料进行测定分析。 五．利用谢乐公式（Scherrer）计算TiO2纳米粒子的粒径 1．谢乐公式的推