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1、1.4.1多晶体材料衍射分析方法,对多晶体和粉末材料的x射线衍射分析研究，主要是进行： 物相定性 定量分析 测定晶体结构 精密测定晶格常数 晶粒大小 应力状态等。,若用照相底片来记录衍射图，则称为粉末照相法，简称粉末法或粉晶法。主要有德拜一谢乐法、针孔照像法等; 若用x射线探测器和测角仪来记录衍射图，则称为衍射仪法。,一、多晶体或粉末衍射原理 反射线将分布在个以入射线为轴、以衍射角2 为半顶角的圆锥面上，如图1-32(a)所示，不同晶面族的衍射角不同，衍射线所在的圆锥的半顶角也就不同，各个不同晶面族的衍射线将共同构成一系列以入射线为轴的同顶点的圆锥，如图1一32（ b）所示，,二、X射线衍射仪
2、的构造及衍射几何,1、测角仪及衍射几何,衍射仪运行时，试样台和探测器要始终保持 1:2的转动速度比，这是靠专用的变速系统来实现的。 探测器的扫描 范围一般在+1650-1000 之间。,2、x射线源 X射线源即X射线管 3.测量记录系统 衍射仪的测量记录系统中包含有探测器、定 标器、计数率仪等。,三、衍射仪的工作方式,连续扫描 使探测器以一定的角速度在选定的角度范l内进行连续扫描，通过探测器将各个角度下的衍射强度记录下来，画出衍射图谱。 步进扫描 步进扫描又称阶梯扫描，也就是使探测器以一定的角度间隔(步长)逐步移动，对衍射峰强度进行逐点测量。探测器每移动一步，就停留一定的时间，并以定标器测定该
3、时间段内的总计数，然后再移动一步，重复测量。,1.4.2单晶体材料衍射分析研究方法,对单晶体的衍射研究主要是观测晶体的对称性、鉴定晶体是否是单晶、确定晶体的空闻群. 测定试样的晶胞常数、测定晶体的取向及观测晶体的完裂性等方而。,1. 5衍射数据的基本处理,衍射数据的处理与分析是对实验获得的衍射图的处理，包括两个方面： 一方面是进行数据平滑、去除噪声、扣除背底等数据处理。 一方面是确定衍射峰位、半高宽(FWHM)、从衍射角到晶面间距的换算，确定强度(包括峰高强度、积分强度)等，以及戈z衍射的剔除等，以获得精确的图谱参数，为x射线衍射物相分析、晶格常数计算等打下基础。,1.5. 1人工数据处理,一
4、、衍射线峰位确定 精确地测定衍射线峰位在物相分析、测定品格常数、应力测量、晶粒度测量等工作中都很重要。确定峰位时，对不同的峰形常用以下几种方法：,峰顶法 切线法 半高宽中点法 7 /8高度法 抛物线拟合法 重心法,衍射线积分强度测量 常用以下几种方法: (1)使探测器以很慢的角速度(例如0. 25 0/min )扫描，通过计数率仪和纸带记录仪描出衍射曲线。 (2)用步进扫描法把待测衍射峰所在角度范围内的强度逐点测出来，相加得到总计数，然后扣除背底，则所得计数即可代表衍射线的相对强度,(3)探测器从衍射峰的起始点缓慢匀速扫描至衍射峰终止点，并使定标器在扫描开始时起动，扫描结束时停止，测出其累计的
5、计数。然后扣除背底，即求出衍射峰两侧每分钟的平均计数，乘以扫描时间，即为点的背底计数,重叠峰的分离 两种方法： 1、图解法 2、傅里叶变换法,1、图解法,2、傅里叶变换法,二、计算机数据处理,数据平滑 数据平滑的目的是排除各种随机被动和信号干扰。 干扰信号可分为两类: 一类是随机的波动，如光源的发射波动、空气散射、电子电路中的电子噪声等 另一类为确定的可重复信号（非随机高频振荡即背底）,数据平滑的方法： S一G方法主要用在计算机中对各种数字光谱进行滤波(平滑)和微分，也适用于多晶体衍射，已成为多晶体衍射数据处理常用的方法。简言之，此法是用一个简单的数组去卷积数据点，以进行平滑、去噪和微分，此做
6、法等丁用多项式对段数据点进行最小二乘方拟合被处理的数据谱必须是等间隔采集的，而且是连续的。,1、移动平均取代法 具体做法是:取奇数个（N）相邻的数据点构成平均域，把与这些点对应的测量数据y相加，并除以所用的点数N，得到它们的平均值 ，j为平均域中间点在整个数据谱中的顺序号。用此值取代j点原有的测量值Y.这就完成了平均取代的工作。然后，将此平均域向一个方向移动个数据点，也就是在域的一端，去掉一个数据点，而在另端扩充一个数据点，再作平均，到 ;.(或Y自，决定了移动方向)，对j十1点的原数据进行取代。从整个谱的端开始，移动平均取代到另一端，就完成一次平滑。这种移动平均实质就是一种卷积操作。,2、最
7、小二乘方多项式拟合法,二、背底的测定与扣除 形成背底的原因： 狭缝 样品的散射 空气的散射等 另外：样品中所含非晶态成分会形成大角度范围内的鼓包，也属背底，需去除。,三、寻峰 寻峰方法是在扣除背底以后定出噪声水平，把高出噪声水平的信号定为衍射峰的方法,提出了第二个判据，就是面积。要设定一个最小面积Smin，只有面积大于Smin。的才被认为是真正的衍射峰在扣除那些面积小于Smin的伪峰后才得到真正的衍射图谱。,四、峰位及峰形参数的测定 这里讲的峰位是指衍射峰峰顶的 位置，而峰形参数主要是峰高、峰宽等参数。峰高一般是指峰顶处的强度计数植，峰宽是指峰高一半处的全宽度（FWHM）,用角度表不;也常用峰
8、两侧的两个拐点间的角宽度来表示。,1.二次导数法 (1)二次导数法求峰位、 峰宽和峰高 求峰位和峰形参数的一 个常用方法是导数法。,(2)最小二乘权重数组求导法 2，曲线拟合法 实际测量到的衍射峰形h 纯粹的样品衍射峰形f 各种仪器因素造成的峰形g 光谱不纯，多种波长色散造成的峰形s卷积,在实际一工作中需要使用标样 利用标样的衍射峰可以求得s和g。在对实测试样作拟合时，s和g就用由标样求得的s和g（实测试样和标样应有相同的实验条件)，衍射峰的数目，各峰的位置、高度、宽度等峰形参数均是拟合中的变数。拟合使用最小二乘法，就可得到各峰形参数,1.6射线衍射的分析与应用,x射线衍射分析的应用 1利用布
9、拉格衍射的峰位及强度分析 (1)晶体结构分析: 晶体结构测定; 物相的定性和定量分析; 相变的研究; 薄膜结构分析。 。,(2)晶体取向分析: 晶体取向、解理面、惯析面等的测定; 晶体形变的研究; 晶体生长的研究; 多晶材料织构的测定和分析,（3）点阵参数的测定: 固溶体组分的测定; 固溶休类型的测定; 固溶度的测定(测定相图中相仄边界) 宏观弹性应力和弹性系数的测定; 热膨胀系数的测定。,(4)衍射线形分析: 晶粒度和嵌镶块尺度的测定; 冷加工形变研究和微观应力的测定; 层错的测定; 有序度的测定; 点缺陷的统计分布及畸变场的测定。,另外 2.利用衍衬成像及X射线干涉仪观察、分析、研究近完整
10、及完整晶体 3、利用大角度相干漫散射强度分布分析 4.利用小角度散射强度分布分析 5.利用非相干散射强度分布研究 6.利用吸收限精细结构分析,人工手动分析与应用 物相分析,定性物相分析,二、物相的定量分析,1、直接对比法,2、外标法 外标法是将待测试样中的3相的某一衍射线的强度与j相纯物质(称为外标物质)在相同实验条件下的同一衍射线的强度进行对比来求得3相含量的方法。原则上它只能应用于两相系统。,.但I1/I(11)0一与w1一般无线性正比关系，这是样品的基体吸收效应所造成的。但若系统中两相的质量吸收系数相同(例如两相同素异构体时)，则从式(1一112)可知,3、内标法 当待测试样中含有多相物
11、质，而且各相的质量吸收系数又不相同时，可往试样中加人某种标准物质(称之为内标物质)来帮助分析，这种方法统称为内标法。,晶胞参数的精确测定,晶胞参数的变化反映了晶体组成、空位浓度、应力状态等的变化 用粉末衍射仪测量多品体晶胞参数的步骤为: (1)作粉末衍射图，用粉末衍射仪作出x射线衍射图谱; (2)计算各衍射线对应的布拉格角及对应晶面族的面间距d; （3）标定各衍射线的衍射指数hkl; （4）由d及相应的hkl计算晶胞参数，在此过程中要消除误差，得到精确的晶胞参数,晶粒尺寸的测定 晶粒尺寸,1.6.3计算机程序分析与应用,对于x射线衍射分析最常用的分析物相分析、测定结构、测定晶粒度等，目前常用的
12、分析软件有以下四种: 1. pcpdgwin 2. search match 3. high score 4. MDIJade,1. pcpdgwin 该软件是最原始的。它是在衍射图谱标定以后，按照d值检索。一般可以有限定元素、按照三强线、结合法等方法。所检索出的卡片大多时候不对。一张复杂的衍射谱有时侯需一夭的时间。,2. search match 可以实现和原始实验数据的直接对接，可以自动或手动标定衍射峰的位置，对于一般的图都能很好地分析。而且有几个小_工具使用很方便，如放大功能、卜字定位线、坐标指示按钮、网格线条等。最重要的是它有自动检索功能，可以很方便的检索出要找的物相。,3. high score 几乎search match中所有的功能，high scare都具备，而且它比search match更实用。,4. MDIJade 与high scare相比，Jade自动检索功能稍差，但它有比之更多的功能。 下面讲解MIJade软件的应用,一、物相分析 1.读入数据,2.物相检索,