1、X射線衍射的物相分析一、實驗目的:熟悉PhilipsX射線衍射儀的基本結構和工作原理;學會粉末樣品的制樣及基本的測試過程；掌握利用X射線衍射譜圖進行物相分析的方法；二、實驗儀器制樣：未知粉末樣品、藥匙、酒精(用于擦拭研缽)、研缽、專用進樣片;測試：PhilipsX'pertX射線衍射儀；三、實驗原理當一束單色x射線電磁波照射晶體時，晶體中原子周圍的電子受x射線周期變化的電場作用而振動，從而使每個電子都變為發射球面電磁波的次生波源。所發射球面波的頻率、與入射的x射線相一致。基于晶體結構的周期性，晶體中各個電子的散射波可相互干涉而疊加，稱之為相干散射或衍射。n17*x(1) 四、實驗條件的

2、選擇用于粉末晶體衍射的射線波長一般為0.52.5?，本實驗中使用的為Cu靶；(2) 濾波片選用Ni,因為濾波片是用于吸收Cu的Kb線，而Ni的吸收限位于Cu的Ka與KB之間且靠近Ka線；(3) 狹縫參數的選擇：在X射線衍射儀的光路中有五個狹縫：梭拉狹縫(兩只)、發散狹縫、散射狹縫、接受狹縫。a. 梭拉狹縫是用來限制X光垂直發散度的，梭拉狹縫發散度的大小對強度和分辨率都有很大影響，兩只狹縫分別位于X光管之后和探測器前。b. 發散狹縫是用來限制樣品表面初級X射線水發散度的，加大狹縫，分辨率降低但強度c. 增加，可根據實際所需的測試要求進行調解；散射狹縫用來減少非相干散射及本底等因素造成的背景，提高

3、峰背比，它與發散狹縫d. 配對使用且角度相同；接受狹縫是用來限定進入探測器的X衍射線的。它位于衍射線的焦點。測量時如果主要為了提高分辨率，應該選擇較小的接受狹縫。如果為了提高衍射強度，則應加大接受狹縫。五、實驗操作1. 樣品制備：A. 測試對于樣品粒徑的大小并沒有嚴格的要求，但是粒徑過大或者不均勻會譜圖中鋒的相對高度發生變化，導致在對比所得譜圖與PDF標準卡時需要對衍射峰進行大量的排列組合。B. 測試樣品在裝入樣品板之前必須用毛玻璃將待測表面打磨至完全光滑，并且保證樣品的表面與樣品板相平。2. 樣品掃描將樣品板裝入樣品臺，將防護罩關閉，設定好控制程序，開始掃描，掃描期間面板"shut

4、teropen”指示燈亮起，此時不可以強行打開防護罩，否則會導致儀器強行停止損壞X光管；實驗中X光管的高壓值設定為4Kv,電流35mA;掃描的起始角為10°，終止角為80o(2成3. 結果保存掃描完成后，當"shutteropen”指示燈熄滅時，確認防護罩解鎖后方可打開，取出樣品。將數據在highscore軟件中進行處理，軟件可以按照要求標示出圖中的峰位置，再用軟件去除KB線，標示出各個鋒的相對高度及d值，打印結果。4. 利用標準PDF卡片對未知粉末進行物相分析將所得的譜圖與標準卡片進行對比，有時可能由于峰的相對強度有偏差導致在查找時要對三強線的順序作出相應調整。d值的測量

5、受到儀器狀態及其他外在因素的影響有一定偏差，這也給查表過程帶來了一定難度。六、實驗結果分析實驗中測得未知粉末樣品的三強線(threestronglines)分別是3.34525?、4.25729?、1.81808?，在標準卡片中查找，由于實驗條件等因素限制使得測試結果與標準值有一定偏差，最終確定未知樣品粉末為二氧化硅，即合成高純石英(siliconoxidequartzhigh-synetic),PDF編號為89-3433,標準值的三強線分別為3.40?、4.34?、2.01?。未知粉末的物理性質：白色固體粉末，無特殊光澤，粒徑較小，研磨時發現硬度較大，無特殊氣味，初步測試不溶于水和酒精溶液。

6、d值偏差計算：|3.345253.403.40100001.6100|4.257294.34100001.9000®=>CF*S53433上昨汁卅=8捋33血拙匚CASNumbe:NctecujiWedil:EC.03Ok2.44】DnSp;H?xaj3iiaLfliioecAnti憂S.G.咆22(18WlFwmtercbd55«L54OW(Aj-|D|X|SiDZStoOoFidLdbulaledfrcniIC5D嘵injF駒DKhRefFenaluGarofairib.no-Sruh,CYandattD比沖Re*B：Sndens閩曰微1須8(1谿I.Ict5質A

7、afcCdKalLmba：1.到KOFitjf(kp:cdciigtedl頃it叫嗥M時沖山EQuaitehighUwtic?dr&8OJ12-0-3996_bFvrD3QJ7_571733?031但任71Es2>一LLLRQj52o416298035643018運蒲五泛wl2菱h整五010210-1223kOQlQTOflTOQh1111122121JI2nu375JId.47伊-1nu13D-23420389655639Rtl5明35目49H壬2Z21a11OL2111O210h21332234V764910*32十440142204.341.818082.01'10

8、0%9.55%2.01可以看到第三條譜線的測量值與給出的標準值有著較大的出入，有可能是發生了擇優取向使得強度相近的峰的相對強度次序發生了交換，但是有意思的是在查閱了另一套標準卡片后得到了不同的答案，結果如下。相對強度排序測量相對強度測量d值/?標準d值/?標準相對強度11003.345253.43581002234.257291.8679293131.818084.375615481.541661.412415572.456441.584912672.080891.18559761.382161.23287831.375011.23287注：上表中標準強度第七第八的兩個峰分別是213面和221

9、面的衍射峰，d值和相對強度均較為接近，并不是錯誤由上面的結果可以看出，三強線中有兩條的位置發生了交換，重新計算三強線的相對偏差100002.6400100002.6700100002.70003.345253.43583.43581.818081.86791.86794.257294.37564.3756從三強線的匹配程度結合位置粉末的物理性狀可以初步確定該粉末為二氧化硅，標準卡片編號為89-3433。另外，在計算偏差時又出現了一個引人注意的問題，那就是三強線的測量值和標準值的平均偏差都為2.7%左右，且均為偏小，然而這三個峰在掃描時相距較遠，排除了突發擾動的影響，加之如果是樣品的原因，相對偏

10、差不會如此一致故造成這一現象的原因可能是儀器內部的因素，由于XRD衍射儀測量的精度較高，通常情況下這樣的誤差幾乎不可接受，建議實驗室老師檢查一下測試條件及儀器工作狀況。七、實驗結論最終確定實驗測試的位置粉末為二氧化硅粉末（siliconoxidequartzhigh-synetic）,PDF編號為89-3433。1. 八、思考題X射線在晶體中衍射的二要素是什么？答：X射線在晶體中的衍射二要素為衍射方向和衍射強度。通過衍射方向可以獲得晶胞大小和形狀信息，而通過衍射強度可以獲得晶胞原子排列方式信息。2. 晶面指數是否等于衍射指數？它們之間的關系是什么？答：晶面指數：如某一不通過原點的平面在三個矢軸

11、方向上的截距分別為m（以a為單位）、n（以b為單位）、p（以c為單位）。令1/m:1/n:1/p=h:k:l,h:k:l為互質整數比晶面指數并不等于衍射指數，但二者滿足如下的數量關系nh*=h;nk*=k;nl*=l其中h、k、l為晶面指數，h*、k*、為衍射指數，n為衍射級數。3. 勞埃方程與布拉格方程可以解決什么問題？它們的本質是否相同？答：這兩個方程均可以用于借助X射線的衍射方向來解析晶胞結果。相較而言，Bragg方程在形式上比勞埃方程簡單，直接聯系了。與d的關系，但二者的數學本質與物理背景是相同的，由勞埃方程可以推導出Bragg方程的形式。4. 如何從一種晶體的多晶X射線衍射圖上判別是立方還是四方?答：晶粒尺寸在100nm以下時，可以通過謝