6多晶体分析方法分析.pptx

Modern Analytical Instruments and Technology for MaterialsChapter 4多晶体分析方法多晶体分析方法 Multi Crystal Analytic MethodsModern Analytical Instruments and Technology for Materials1本章要求本章要求o了解德拜相拍摄程序，样品的准备，选靶和滤波片及影响德拜相分辨本领的因素和误差产生及修正。o 掌握立方晶系物质粉末法衍射谱指数化程序。oo 了解X射线衍射仪的构造和常用探测器，重点掌握测角仪构造和工作原理。Modern Analytical Instruments and Technology for Materials24.0 4.0 Introduction 本章将介绍X射线衍射的最基本的实验方法和装置粉末法粉末法：以单色X射线照射粉末试样为基础u 照相法 德拜-谢乐法（Debye-scherrer method）聚焦照相法（Focusing method）针孔法（Pinhole method）u 衍射仪法Modern Analytical Instruments and Technology for Materials34.1.1 德拜相的摄照l 相机构造4.1 4.1 德拜德拜-谢乐法谢乐法（Debye-scherrer method）图 1 德拜相机及结构示意图 1-圆筒相盒，2-样品夹，3-X射线入口（入射光阑），4-荧光屏（承光管）原理图实例57.3mm或114.6mmModern Analytical Instruments and Technology for Materials4一张汇聚了物理学界智慧之脑的一张汇聚了物理学界智慧之脑的“明星照明星照”Modern Analytical Instruments and Technology for Materials5l 试样的制备 样品粉末一般要经玛瑙研钵研细，粒度约在微米数量级，可将粉末与树脂匀和后粘接在0.050.08mm直径的玻璃丝上或装入塞璐珞胶管中。做好的粉末样其直径为0.2 1 mm，长10 15mm。l 底片安装法正装法反装法偏装法图示Modern Analytical Instruments and Technology for Materials6 选择阳极 应使阳极元素所发射的标识X射线不激发出试样元素的二次标识X射线。一般原则：当不能满足此关系时，可将选择极限推延至：对Z极小的样品，可选较重的阳极元素如Cu靶、Mo靶。l 摄照规程的选择Z Z阳阳阳阳 Z Z样样样样Z Z阳阳阳阳 Z Z样样样样 1 1回顾Modern Analytical Instruments and Technology for Materials7 选择虑片 选择原则：当当当当 Z Z靶靶靶靶 4040时，则时，则时，则时，则 Z Z片片片片 Z Z靶靶靶靶1 1当当当当 Z Z靶靶靶靶 4040时，则时，则时，则时，则 Z Z片片片片 Z Z靶靶靶靶2 2 KK(光源）光源）光源）光源）KK(滤波片）滤波片）滤波片）滤波片）KK(光源）光源）光源）光源）选择管电压 阳极元素的K系标识谱出现的最低电压称为该元素的K系临界激发电压UK。当管电压为临界激发电压的 倍时，标识谱与连续谱的强度比例可达到最佳值。工作电压就选用这一范围。U管压管压 (35)UK3 35 5Modern Analytical Instruments and Technology for Materials8选择曝光时间 它与试样、相机及上述摄照规程等相关，故通常通过试验来确定。例如Cu靶，小直径相机拍摄Cu试样时，30min左右即可，而Co靶拍摄Fe样品，则约需2h，拍摄复杂结构的化合物甚至需要十几小时。选择管电流 X射线管的额定功率除以管电压便是许用的最大管电流最大管电流。工作管电流不得超过此数值工作管电流不得超过此数值工作管电流不得超过此数值工作管电流不得超过此数值。教材Page 44上表4-1列出了拍摄粉末相部分常用数据，可供参考。Modern Analytical Instruments and Technology for Materials9l 德拜相机的分辨本领 X射线相机的分辨本领表示：当一定波长的X射线照射到两个间距相近的晶面上时，或当两种波长相近的X射线照射到同一晶面上时，底片上两根相应的衍射线条分离的程度。若相机的半径为R，则相机的分辨本领为：RdModern Analytical Instruments and Technology for Materials104.1.2 德拜相的误差及其修正 引起德拜相衍射线位置误差的因素很多，其中有两种主要的因素：u 试样吸收误差2 L外缘2 L0 R或 2 L0 2 L外缘 R试样对X射线的吸收将使衍射线偏离理论位置，在计算德拜相时应用下式进行修正：R为样品直径Modern Analytical Instruments and Technology for Materials11u 底片伸缩误差根据德拜相机的几何关系可以求出角：如果相机直径制造不准确，或底片未紧贴相机内腔，或底片在显影定影及干燥过程中收缩或伸长，则将使2R有误差，从而影响 角的准确度。Modern Analytical Instruments and Technology for Materials12采用底片的不对称装法可以纠正这种误差。从偏装底片上，可以直接测量出底片所围成圆筒的周长（有效周长）：C0AB采用经吸收校正的线对距离2L0及有效周长C0可计算出较准确的 Modern Analytical Instruments and Technology for Materials13 对各弧对标号 测量有效周长 C有效 测量并计算弧对间距 计算 计算 d 估计各线条的相对强度值 I/I1 查卡片 标注衍射线指数 计算点阵参数 4.1.3 立方系物质德拜相的计算（重点掌握）Modern Analytical Instruments and Technology for Materials14纯铝多晶体的德拜像标定各衍射线的干涉指数？系统消光规律111200220311222400331420422511Modern Analytical Instruments and Technology for Materials154.2 X4.2 X射线衍射仪射线衍射仪（X-Ray Diffractometer）4.2.1 衍射仪的构造及几何光学l 概述l 测角仪的构造l 测角仪的衍射几何l 测角仪的光学布置l 试样l 弯晶单色器012.swf发展历史Modern Analytical Instruments and Technology for Materials16Modern Analytical Instruments and Technology for Materials17Modern Analytical Instruments and Technology for Materials184.2.2 X射线探测器的工作原理n 正比计数器n 盖革计数器n 闪烁计数器n 锂漂移硅检测器4.2.3 X射线测量中的 主要电路计数器的主要功能是将X射线的能量转换成电脉冲信号。计数器高压电源前置放大器线性放大器脉冲高度分析器定时器定标器计数率计绘图仪打印机记录仪Modern Analytical Instruments and Technology for Materials194.2.4 X射线仪的常规测量l 衍射强度的测量u 连续扫描u 步进扫描（阶梯扫描）u 衍射强度公式l 实验参数的选择u 狭缝宽度u 扫描速度u 时间常数Modern Analytical Instruments and Technology for Materials20Modern Analytical Instruments and Technology for Materials21BackModern Analytical Instruments and Technology for Materials22纯铝多晶体的德拜像BackModern Analytical Instruments and Technology for Materials23三、吸收限的应用1.滤波片（filter）的选择滤波片选择原则：当当当当 Z Z靶靶靶靶 4040时，则时，则时，则时，则 Z Z片片片片 Z Z靶靶靶靶1 1当当当当 Z Z靶靶靶靶 4040时，则时，则时，则时，则 Z Z片片片片 Z Z靶靶靶靶2 22.阳极靶的选择Z Z靶靶靶靶 Z Z试样试样试样试样 1 1 KK(光源）光源）光源）光源）KK(滤波片）滤波片）滤波片）滤波片）KK(光源）光源）光源）光源）Cu KK(靶）略大于试样的靶）略大于试样的靶）略大于试样的靶）略大于试样的KK系吸收限系吸收限系吸收限系吸收限 KK避免产生荧光X射线BackModern Analytical Instruments and Technology for Materials24Back011.swfModern Analytical Instruments and Technology for Materials25Modern Analytical Instruments and Technology for Materials26照相法照相法照相法照相法是较原始的方法，缺点是：摄照时间长，往往需要1020小时；衍射线强度靠照片的黑度来估计，准确度不高。优点是：设备简单，价格便宜，在试样非常少的时候（如1mg）也可以进行分析，可记录晶体衍射的全部信息，需要迅速确定晶体取向、晶粒度等时候尤为有效，另外在试样太重不便于用衍射仪时照相法也是必不可少的。衍射仪法衍射仪法衍射仪法衍射仪法的优点较多，如速度快、强度相对精确、信息量大、精度高、分析简便（现在大部分测试项目已有了专用程序）、试样制备简便等等。衍射仪对强度的测量是利用电子计数器（计数管）直接测定的。Modern Analytical Instruments and Technology for Materials27衍射仪法衍射仪法衍射仪法衍射仪法需要解决的关键技术问题是：n X射线接收装置计数管；n 衍射强度必须适当加大，为此可以使用板状试样；n 相同的（hkl）晶面也是全方向散射的，所以要聚焦；n 计数管的移动要满足布拉格条件。这些问题的解决关键是由几个机构来实现的：n X射线测角仪解决聚焦和测量角度的问题；n 辐射探测仪解决记录和分析衍射线能量问题。Modern Analytical Instruments and Technology for Materials28X射线衍射仪由X射线发生器、测角仪、辐射探测器、记录单元或自动控制单元等部分组成，其中测角仪是仪器的中心部分。BackModern Analytical Instruments and Technology for Materials29(100)(002)(101)AlNModern Analytical Instruments and Technology for Materials30K1K2BackModern Analytical Instruments and Technology for Materials31S S靶面上的线焦点，靶面上的线焦点，靶面上的线焦点，靶面上的线焦点，KK发散狭缝，发散狭缝，发散狭缝，发散狭缝，L L防散射狭缝，防散射狭缝，防散射狭缝，防散射狭缝，F F接收狭缝，接收狭缝，接收狭缝，接收狭缝，S1S1，S2S2梭拉狭缝梭拉狭缝梭拉狭缝梭拉狭缝u发散狭缝u防散射狭缝：排斥非样品的辐射，提高峰背比u接收狭缝：提高衍射的分辨本领光路布置中光阑（狭缝）的作用：u梭拉狭缝S1、S2：限制射线在水平方向上的发散度限制射线在竖直方向上的发散度，保证射线平行入射BackModern Analytical Instruments and Technology for Materials32Backr=R/2sin衍射几何的关键问题是一方面要满足布拉格方程反射条件，另一方面要满足衍射线的聚焦条件。Modern Analytical Instruments and Technology for Materials33BackModern Analytical Instruments and Technology for Materials34正比计数器和盖革计数器都是以气体电离为基础的，其构造示意图如右图。主要由一个充气的圆筒形金属套筒（作阴极）和一根与圆筒同轴的细金属丝（作阳极）所构成。“雪崩效应”BackModern Analytical Instruments and Technology for Materials35Back利用X射线激发某种物质会产生可见的荧光，而且荧光的多少与X射线的强度成正比。Modern Analytical Instruments and Technology for Materials36线性放大器上限甄别电路下限甄别电路反符合电路来自计数器微分法积分法接计数电路Modern Analytical Instruments and Technology for Materials37Back