x射线衍射分析解析应用运用的晶格常数-新.ppt

第四章x射线衍射分析应用 物质对x射线的衍射产生了衍射花样或衍射谱，对于给定的单晶试样，其衍射花样与入射线的相对取向及晶体结构有关；对于给定的多晶体也有特定的衍射花样。衍射花样具有三要素：衍射线（或衍射斑）的位置、强度和线型。测定衍射花样三要素在不同状态下的变化，是衍射分析应用的基础。 基于衍射位置的应用 ⑴ 点阵参数的精确测定，膨胀系数的测定； ⑵ 第一类（即宏观残余）应力的测定； ⑶ 由点阵参数测定相平衡图中的相界； ⑷ 晶体取向的测定； ⑸ 固溶体类型的测定，固溶体组分的测定； ⑹ 多晶材料中层错几率的测定； ⑺ 点缺陷引起的Bragg峰的漂移。 基于衍射强度测量的应用 (1) 物相的定量分析，结晶度的测定 (2) 平衡相图的相界的测定； (3) 第三类应力的测定； (4) 有序固溶体长程有序度的测定； (5) 多晶体材料中晶粒择优取向的极图、反极图和三维取向分布的测定； (6) 薄膜厚度的测定。 基于衍射线型分析的应用 (1) 多晶材料中位错密度的测定，层错能的测定， 晶体缺陷的研究； (2) 第二类（微观残余）应力的测定； (3) 晶粒大小和微应变的测定； 基于衍射位置和强度的测定 (1) 物相的定性分析 (2) 相消失法测定相平衡图中的相界; (3) 晶体(相)结构,磁结构,表面结构,界面结构的研究 同时基于衍射位置、强度和线型的Rietveld多晶结构测定 需输入原子参数（晶胞中各原子的坐标、占位几率和湿度因子）、点阵参数、波长、偏正因子、吸收系数、择优取向参数等。 4.1 衍射谱的指标化 衍射谱标定就是要从衍射谱判断出试样所属的晶系、点阵胞类型、各衍射面指数并计算出点阵参数。 步骤 判断试样的晶系 判断试样的点阵胞类型 确定晶面指数 计算点阵常数 按θ角从小到大的顺序，写出sin2θ的比值数列。 根据数列特点来判断 判断顺序： 先假定试样属于简单晶系，若不是，则假定为更复杂的晶系，即 立方晶系——四方晶系——六方晶系——菱方晶系——正交晶系 立方晶系的衍射谱标定 根据布拉格方程和立方晶系面间距表达式，可写出： 去掉常数项，可写出数列为： 式中sin2θ的角下标1，2等，就是实验数据中衍射峰从左到右的顺序编号。 由于H、K、L均为整数，它们的平方和也必定为整数， sin2θ数值列必定是整数列——判断试样是否为立方晶系的充分和必要条件。 实验操作 测量衍射谱，计算sin2θ，写成比例数列 找到一个公因数，乘以数列中各项，使之成为整数列，则为立方晶系，反之，非立方晶系。 进一步判断 根据整数列的比值不同，可判断其是简单、面心或体心结构——结构因子不同 根据sin2θ ，可知H2+K2+L2，可计算出各衍射峰对应的干涉面指数。 简单立方 简单立方由于不存在结构因子的消光，因此，全部衍射面的衍射峰都出现——sin2θ比值数列应可化成： 从左到右，各衍射峰对应的衍射面指数依次为（100）、（110）、（111）、（200）、（210）、(211)、（220）、 （300）、（310）、（311） 体心立方中，H+K+L为奇数的衍射面不出现，因此，比值数列应可化成： 对应的衍射面指数分别为（110）、（200）、（211）、（220）、（310）、（222）、（321） FCC结构因为不出现H、K、L奇偶混杂的衍射，因此，数值列应为： 相应的衍射面指数依次为（111）、（200）、（220）、（311）、（222）、（400）、（331） 课堂练习 立方晶系标定的问题 体心立方和简单立方的区别是数列中是否出现7，体心立方能出现7，而简单点阵不会出现。因此，在标定这两种结构时，衍射线条数目不能少于8条（受衍射设备的限制，可能得不到8条衍射线）。 对于衍射线条数目少于8条的情况，还可以从多重因子来考虑，简单立方衍射花样的前二条线的干涉指数为（100）和（110），体心立方为（110）、（200）。（100）和（200）的P=6，（110）的P=12。在简单立方中，第二条线比第一条线强，在体心立方中，第二条线比第一条线弱。 在实际测量时，某一条或几条衍射强度特别低的线条可能不会出现，可能导致判断错误。如数列为3:8:11:16:19，肯定不是简单立方，也不属于体心立方（数列中有奇有偶），因此，应为面心立方结构，但在实际测量时，没有出现4（200）、12（222）。因为结构因子太小。 简单立方的衍射线条数目最多，比面心和体心要多几倍。 面心立方的衍射线成对线条和单线交替出现。 标定的第三步是计算晶体的点阵常数a 同名原子立方晶系的标定 四方、六方和菱形晶系的标定 不能证明衍射谱是立方晶系，即