粉末衍射和四圆衍射资料课件.ppt

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1、4.2.6.3粉末法粉末法是材料科学最常用的一种X射线衍射方法。该法最常用的仪器是X射线粉末衍射仪。X射线粉末衍射仪示于图4.15。把粉末样品压平固定于一个样品转台上,X射线探测器亦绕转台运动。随着样品的转动,入射光束与样品之间的夹角θ也不断变化。由于样品中众多小晶粒的取向是随机的,当样品转动时,一旦一批小晶粒的取向满足布拉格条件时,即有衍射X射线射到探测器上。探测器通过机械装置与样品台连接,当样品台转动θ0时,探测器转动2θ0。这样就可使探测始终处于能接收到来自样品衍射X射线的位置。探测器与记录仪相连,记录仪可随

2、时自动记录下衍射峰的位置和高度。图4.16是一张Ti02的粉末衍射图。探测器以恒定的角速度在2θ值的范围内扫描,通常2θ的范围由100到800就足以覆盖粉末衍射图的有用部分。探测器的扫描速度通常是20(2θ)/分,作一个样品约需30分钟。将衍射图中峰的高度作为强度值,把最高峰的强度定为100,其余峰的强度以此标度。要想得到更精确的d间距或强度值,则应用更慢的扫描速度(如2θ为0.1~0.50/分)。粉末法的最重要应用是对结晶相〈单晶或多晶〉作定性鉴定。它几乎是能指出试样中存在什么晶体或物相的唯一方法。每个晶相都有特

3、定的粉末衍射图谱,它象指纹可对人进行鉴定一样,用于鉴定晶相。粉末图有两个重要参数,一个是峰位(2θ角),即面间距d；另一个是峰的高度,即衍射强度,它可定性或定量地测量。两种固态物质〈晶相〉有相同粉末图的情况极小。有时，两种固相有一条或两条d值相同的衍射线（或峰）,但比较包括全部衍射线的衍射图，就会发现两者的不同。4.2.8X射线粉末衍射法的应用X射线粉末衍射方法是一种通用、方便、准确、快捷的物相鉴定方法。它在物相鉴定、结构分析、成分分析、颗粒尺寸分析等方面均有重要应用。下面作一些简单介绍。4.2.8.1立方晶系粉末衍

4、射线的指标化及点阵型式的确定根据面间距公式,可知对于立方晶系,sin2θ与(h2+k2+l2)成正比。对于立方原始格子(简单格子)P,hkl除了必须为整数(包括零)外并无其它限制条件,它可采取100、110、111、200、210、211、222、300……等数值。表4.4列出相应的平方和(h2+k2+l2),并按平方和增加的次序排列。由4.2.7.2节,对于体心格子I,(h+k+l)等于奇数的衍射不会出现,对面心格子F，h、k、l奇偶混杂时,衍射不会出现。由表4.4可见,在三种点阵型式中,其相应晶体的粉末衍射线

5、的sin2θ值应按下列比例分布:P：1：2：3：4：5：6：8：9：10：11：12：13……〈缺7,15,23等〉,I：2：4：6：8：10：12：14：16：18：……·=1：2：3：4：5：6：7：8：9……（不缺7,15,23等）,F：3：4：8：11：12：16：19：20:24……。这样根据测得的sin2θ的比值就可决定其点阵型式。点阵型式一旦确定,就可对X射线粉末衍射图的每个衍射峰进行指标化(确定衍射指数),进而可按(4.32)式算出晶胞参数a。最后计算出晶胞中的原子数Z和确定原子在晶胞中的分数坐标。式

6、中v是晶胞体积,D是晶体密度,M是克原子量,N0是阿佛加德罗常数。对于立方晶系,v=a3。对于其它晶系,v可由〈4.27〉式算出。例如,根据金属钽的粉末衍射图中衍射峰对应的2θ值,可以算出其sin2θ的值并列于表4.5,所用射线是CuKα,波长为1.542Å.如果己知金属钽是属于立方晶系,则由sin2θ数值之比,可知各组衍射指标对应的〈h2+k2+l2〉值之比,这个比值为：2：4：6：8：12：14：16：16：18：18=1：2：3：4：5：6：7：8：8：9：9,数据中两个16和两个18可归为一个16和一个18,

7、这样由表4.4可以看出该粉末属于体心立方结构,并可写出每个衍射相对应的衍射指数。可以算出晶胞参数a的值。这些数据也列于表4.5。可以算出a的平均值为3.2356Å。由立方晶系面间距公式4.2.8.2物相鉴定物相鉴定的原理是每一种晶体都具有格子构造〈或者说其原子是按空间点阵排布的),都具有一组特征的d值,因此在其X射线粉末衍射图上都有一组与其d值相应的2θ值,而且与每个2θ值相应的衍射峰的高度(或者说面积)都有一定的规律。每种晶体都有一套特征的X射线衍射数据—d值及衍射强度。国际上有一专门机构——粉末衍射标准联合委

8、员会(theJointCommitteeonPowderDiffractionStandards),专门收集汇编X射线粉未衍射标准数据,迄今已收集约6万种固态物质的X射线粉末衍射数据,并出版了JCPDS粉末衍射汇编(简称PDF),和与之相应的一套X射线粉末衍射卡(简称JCPDS卡)JCPDS粉末X射线衍射数据汇编(PDF)是一种索