近代實驗2x射線多晶衍射法

1、X 射線多晶衍射法學號：201211201049：實驗日期：2016 指導教師：【摘要】本實驗目的是學習掌握多晶 X 衍射粉末衍射儀的原理和基本操作，熟悉定性物相分析的步驟和 PDF 數(shù)據(jù)庫的使用方法，了解定量物相分析、精確測定晶粒大小測量等實驗方法。實驗中測出了樣品 D 的混合比例 5:2，也測量了 TiO2 粉末、ZnO 粉末，玻璃，薄膜等 X 衍射圖像。實驗基本符合預期。：定性物相分析多晶衍射法X 射線一、引言:X 射線是波長介于紫外線和射線之間的一種電磁波，其波長位于 0.01100之間，而用于晶體結構研究的 X 射線的波長通常為 0.52.5，這個范圍的波長與晶體的點陣面的間距大致相

2、當。X 射線多晶衍射分為德拜照相法和衍射儀法， X 射線粉末衍射儀法在材料物相的定性、定量測定方面具有明顯的優(yōu)勢,如今衍射儀法已經(jīng)成為大多數(shù)衍射圖的方法。本實驗中采用衍射儀法。目的是學習掌握多晶 X 衍射粉末衍射儀的原理和基本操作，熟悉定性物相分析的步驟和 PDF 數(shù)據(jù)庫的使用方法，了解定量物相分析、精確測定晶粒大小測量等實驗方法。二、實驗原理:1.X 射線管在中產(chǎn)生 X 射線最好的方法是利用真空管。在高真空的玻璃管里，被加熱的陰極所發(fā)射的熱電子，經(jīng)陰極和陽極間的高壓電壓后告訴撞擊到陽極上，陽極為產(chǎn)生 X 射線的靶源，電子與靶物質發(fā)生碰撞而迅速并且放出大量的能量，在碰撞過程中產(chǎn)生具有特定波長的

3、X 射線連續(xù)譜。當電壓提高到某一臨界值后便會在一定波長出現(xiàn)極強的單色 X 射線，同時輻射出特定波長的光子，即標識X 射線。在多晶粉末衍射實驗中，要用濾光片將無用的連續(xù)譜 X 射線和標識X 射線濾掉。2.布拉格衍射方程晶體中原子的排列是有規(guī)律的、周期性的，原子間的距離在幾埃左右，當波長跟此數(shù)量級相近的X 射線入射到晶體上時，位于晶格點陣上的原子將對X 射線產(chǎn)生散射。同一晶面族上入射角相同的反射線在相互疊加時，如果它們的相位相同將產(chǎn)生。如圖 1 所示，M、N、P 為晶體內間距為 d（h,k,l）的某一晶面族，腳標表示晶面族的面指數(shù)為 h,k,l。入射 X射線與該晶面成角，M、N、P 上的反射線分別

4、為、,相鄰兩平面反射的兩條X 射線的光程差為=OA-OB=2 d（h,k,l）（1-cos2）/sin當光程差為 X 射線波長的整數(shù)倍 n 時，2 d（h,k,l）sin=n，n=1,2,3，即產(chǎn)生第 n 級最大值，此式成為布拉格方程。3.X 射線粉末衍射儀法晶體的粉末 X 射線衍射上各個衍射峰的強度和對應的衍射角是由晶體結構決定的。通常衍射峰取決于晶胞的大小和形狀，以此可以對樣品的組成進行定性物相分析。定性物相分析定性物相分析的關鍵是將獲得的未知樣品的衍射與已知化合物的衍射進行一一對比，當未知材料的衍射數(shù)據(jù)滿足一下條件時，便可以確定樣品的組成成分：（1）樣品衍射中能找到某組分物相應該出現(xiàn)的衍

5、射峰，且其實驗的d 值與相對應的已知 d 值在實驗誤差范圍內是一致的。（2）所有衍射峰的相對強度順序應與已知組分物相的強度順序原則上保持一致。但當所有的樣品是薄膜或者由于方法不同而使晶粒具有擇優(yōu)取向時，衍射峰的相對強度順序會有所變化。定量物相分析目前常用的定量分析法有內標法、參考強度比法、吸收衍射法等，但本實驗采用內標法。對于平板樣品，物相的第 i 個衍射峰的強度為i=K i/上式中是物相的線吸收系數(shù)；K i是與晶體結構因子、衍射角度相關的常數(shù)。若樣品為多相混合物，則物相的第i 個衍射峰的強度為i=（K iX ）/(/)mX 是物相的質量分數(shù)；是物相的密度；(/)m 是混合體的質量吸收系數(shù)。內

6、標法的基本公式為i/js=k（X /X s）此式表明衍射強度比與物相的質量分數(shù)呈線性關系，小標i 和 j 代表不同的晶面 hkl，k 是內標定標的曲線斜率。三、實驗內容:本實驗采用的是SHIMADZU 公司的XRD-6000 型 X 射線粉末衍射儀。該衍射儀主要由X 射線發(fā)生器、衍射測角儀、衍射及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分組成1、 開機。依次打開計算機、循環(huán)水機和衍射儀電源。裝好測試樣品。2、。啟動衍射儀主控程序，依操作程序樣品的衍射數(shù)據(jù)，待完成結束且儀器自動關閉X-ray 管高壓電源后，測量下一樣品。3、 數(shù)據(jù)處理。啟動數(shù)據(jù)處理，獲得衍射峰的峰位、半寬度、面積等數(shù)據(jù)。確定樣品組分。4、 確定晶粒及應

7、力大小。5、 將數(shù)據(jù)轉為文本格式，作圖，打印。四、實驗結果分析:樣品 A樣品 A 數(shù)據(jù)通過 pdf 數(shù)據(jù)庫比對后可以判斷樣品 A 是TiO2樣品 B衍射角FWHNI25.23610.228838447.97820.203511837.73270.21968153.84780.22447354.99740.22297665.64300.234058樣品 B 數(shù)據(jù)通過樣品 B 的數(shù)據(jù)在PDF 數(shù)據(jù)庫進行比對，可以判斷樣品B 是 ZnO樣品 C衍射角FWHNI31.81610.190963536.30730.1886108556.63650.168942934.47280.180542562.893

8、90.173035867.97860.1768298已知樣品 C 是樣品A 和樣品B 1:1 混合，通過對照樣品 A 和樣品 B 數(shù)據(jù)可知，樣品C數(shù)據(jù)的第 1,5,6,7 行數(shù)據(jù)屬于樣品 A，第 2,3,4,8 行數(shù)據(jù)屬于樣品 B。這樣就能根據(jù)樣品A，B 任意比例混合后 X 光多晶衍射數(shù)據(jù)，推算出實際的混合比。樣品 D衍射角FWHNI25.34880.206424931.81710.172420234.47840.179512036.30470.173232337.84690.21964753.94380.22104855.10.204456.63410.1743124選擇分別屬于第一行數(shù)據(jù)與第三行數(shù)據(jù)進行比對和計算，經(jīng)計算A 與B 比例約為5:2薄膜的 X 衍射實驗結果衍射角：33.5673半高：0.4229I：1469晶粒大小 195.600.4195五、結論和建議（總結）:衍射角FWHNI25.42400.180026031.88730.16137934.52600.12405036.36680.130913537.90700.17405253.98070.17865055.17170.19155156.68890.13785