XRD測試作為常用測試之一，但仍有許多同學(xué)不太了解，本篇文章由科學(xué)指南針科研服務(wù)平臺(tái)給大家介紹XRD測試的問題。

?

01.做 XRD 有什么用途，能看出其純度?還是能看出其中含有某種官能團(tuán)？

?

X射線照射到物質(zhì)上將產(chǎn)生散射。晶態(tài)物質(zhì)對(duì)X 射線產(chǎn)生的相干散射表現(xiàn)為衍射現(xiàn)象，即入射光束出射時(shí)光束沒有被發(fā)散但方向被改變了而其波長保持不變的現(xiàn)象，這是晶態(tài)物質(zhì)特有的現(xiàn)象。

?

絕大多數(shù)固態(tài)物質(zhì)都是晶態(tài)或微晶態(tài)或準(zhǔn)晶態(tài)物質(zhì)，都能產(chǎn)生 X 射線衍射。晶體微觀結(jié)構(gòu)的特征是具有周期性的長程的有序結(jié)構(gòu)。晶體的 X 射線衍射圖是晶體微觀結(jié)構(gòu)立體場景的 一種物理變換，包含了晶體結(jié)構(gòu)的全部信息。用少量固體粉末或小塊樣品便可得到其 X 射線衍射圖。

?

XRD（X 射線衍射）是目前研究晶體結(jié)構(gòu)(如原子或離子及其基團(tuán)的種類和位置分布，晶胞 形狀和大小等)最有力的方法。

?

XRD特別適用于晶態(tài)物質(zhì)的物相分析。晶態(tài)物質(zhì)組成元素或基團(tuán)如不相同或其結(jié)構(gòu)有差異，它們的衍射譜圖在衍射峰數(shù)目、角度位置、相對(duì)強(qiáng)度次序以至衍射峰的形狀上就顯現(xiàn)出差異。因此，通過樣品的 X 射線衍射圖與已知的晶態(tài)物質(zhì)的 X 射線衍射譜圖的對(duì)比分析便可以完成樣品物相組成和結(jié)構(gòu)的定性鑒定；通過對(duì)樣品衍射強(qiáng)度數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，可以完成樣品物相組成的定量分析；

?

XRD 還可以測定材料中晶粒的大小或其排布取向（材料的織構(gòu)）...等等，應(yīng)用面十分普遍、 廣泛。?

?

目前 XRD 主要適用于無機(jī)物，對(duì)于有機(jī)物應(yīng)用較少。

?

02.如何由XRD 圖譜確定所做的樣品是準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)？XRD 圖譜中非晶、準(zhǔn)晶和晶體的結(jié)構(gòu)怎么嚴(yán)格區(qū)分？

?

三者并無嚴(yán)格明晰的分界。?

?

在衍射儀獲得的 XRD 圖譜上，如果樣品是較好的"晶態(tài)"物質(zhì)，圖譜的特征是有若干或許多個(gè)一般是彼此獨(dú)立的很窄的"尖峰"（其半高度處的2θ寬度在 0.1°~0.2°左右，這一寬度可以視為由實(shí)驗(yàn)條件決定的晶體衍射峰的"最小寬度"）。如果這些"峰"明顯地變寬，則可以判定 樣品中的晶體的顆粒尺寸將小于 300nm，可以稱之為"微晶"。

?

晶體的 X 射線衍射理論中有一個(gè)Scherrer公式：可以根據(jù)譜線變寬的量估算晶粒在該衍射方向上的厚度。

?

非晶質(zhì)衍射圖的特征是：在整個(gè)掃描角度范圍內(nèi)（從2θ 1°~2°開始到幾十度）只觀察到被散射的 X 射線強(qiáng)度的平緩的變化，其間可能有一到幾個(gè)最大值；開始處因?yàn)榻咏鄙涔馐鴱?qiáng)度較大，隨著角度的增加強(qiáng)度迅速下降，到高角度強(qiáng)度慢慢地趨向儀器的本底值。

?

從 Scherrer 公式的觀點(diǎn)看，這個(gè)現(xiàn)象可以視為由于晶粒極限地細(xì)小下去而導(dǎo)致晶體的衍射峰極大地寬化、相互重疊而模糊化的結(jié)果。晶粒細(xì)碎化的極限就是只剩下原子或離子這些粒子間的"近程有序"了，這就是我們所設(shè)想的"非晶質(zhì)"微觀結(jié)構(gòu)的場景。非晶質(zhì)衍射圖上的一個(gè)最大值相對(duì)應(yīng)的是該非晶質(zhì)中一種常發(fā)生的粒子間距離。

?

介于這兩種典型之間而偏一些"非晶質(zhì)"的過渡情況便是"準(zhǔn)晶"態(tài)了。

?

03.在做Ｘ射線衍射時(shí)，如果用不同的靶，例如用銅靶或者 Cr 靶，兩者的譜圖會(huì)一樣嗎？如果不同的話，峰的位置和強(qiáng)度有啥變化嗎？有規(guī)律嗎？

?

不同的靶，其特征波長不同。衍射角（又常稱為 Bragg 角或2θ角）決定于實(shí)驗(yàn)使用的波長（Bragg 方程）。使用不同的靶也就是所用的 X 射線的波長不同，根據(jù) Bragg 方程，某一間距為 d 的晶面族其衍射角將不同, 各間距值的晶面族的衍射角將表現(xiàn)出有規(guī)律的改變。因此，使用不同靶材的X射線管所得到的衍射圖上的衍射峰的位置是不相同的，衍射峰位置的變化是有規(guī)律的。?

?

而一種晶體自有的一套d值是其結(jié)構(gòu)固有的、可以作為該晶體物質(zhì)的標(biāo)志性參數(shù)。因此，不管使用何種靶材的 X 射線管，從所得到的衍射圖獲得的某樣品的一套d值，與靶材無關(guān)。衍射圖上衍射峰間的相對(duì)強(qiáng)度主要決定于晶體的結(jié)構(gòu)，但是由于樣品的吸收性質(zhì)也和入射線的波長有關(guān)。因此同一樣品用不同靶所取得的圖譜上衍射峰間的相對(duì)強(qiáng)度會(huì)稍有差別，與靶材有關(guān)。?

?

重溫一下布拉格公式和衍射的強(qiáng)度公式，您的問題答案全都有了。

?

04.我想知道不同衍射角對(duì)應(yīng)的晶面，怎么辦？

?

如果你的圖能夠找到對(duì)應(yīng)的粉末衍射數(shù)據(jù)卡，那么問題就簡單了。多數(shù)的粉末衍射數(shù)據(jù)卡上面都給出了各衍射線的衍射指標(biāo)，也就可以知道對(duì)應(yīng)的晶面了。?

?

如果是未知晶體結(jié)構(gòu)的圖，就需要求解各衍射線的衍射指標(biāo)，這一步工作叫做"衍射圖的指標(biāo)化"。如自己解決需要具備基礎(chǔ)的晶體學(xué)知識(shí)，然后學(xué)會(huì)一兩個(gè)指標(biāo)化的工具軟件（如 treaor90）進(jìn)行嘗試。

?

05.對(duì)于正交晶系的晶胞參數(shù)，其中 a、b、c 代表晶胞的三個(gè)棱的長度。但我不清楚如何定義 a、b、c 的方向，也就是說按照什么依據(jù)確定這三條棱的方向？是否有明確的規(guī)定還是可以任意自定義？

?

一般來說可以用 a < b < c 的定向原則，其實(shí)，用什么方向都可以，它們可以通過矩陣來轉(zhuǎn)換。

?

晶胞中的 a，b，c，分別是三個(gè)晶軸方向上的單位平移向量的長度，稱為軸長，不是"三個(gè)棱"的長度。軸長符號(hào)也常用 a0，b0，c0 表示。軸長單位常用?（埃，Angstrom） 或納米（nm）。在晶體結(jié)構(gòu)中沒有"棱"這樣一種說法，只有晶體坐標(biāo)系，而這個(gè)坐標(biāo)系是用 a，b，c，α，β，γ 六個(gè)參數(shù)來表示的，α，β，γ 分別代表三個(gè)軸間的夾角。而"晶棱"是指晶體的外形的棱邊。所以說"a、b、c 代表晶胞的三個(gè)棱的長度"是錯(cuò)誤的。

?

06.如何計(jì)算晶胞體積？比如說我想計(jì)算二氧化鋯四方晶相的晶胞體積，甚至是各個(gè)晶胞參數(shù)， 怎么用這個(gè)軟件來具體處理一下呢？

?

首先，你要有相應(yīng)的晶體學(xué)方面的知識(shí)。這些軟件是為我們處理一些晶體學(xué)上的一些問題服務(wù)，所以，你不能拋開晶體學(xué)去使用軟件。關(guān)注材料基微信公眾號(hào)，學(xué)習(xí)更多技能。有了一些必要的晶體學(xué)知識(shí)之后，你再去學(xué)習(xí) 使用這些軟件，這樣你才能看懂 help 里的內(nèi)容。對(duì)于你現(xiàn)在所講的這個(gè)晶胞體積的問題， 實(shí)際上也就是晶胞參數(shù)精確測定的問題，因?yàn)榫О麉?shù)精確測定了之后，晶胞體積自然就知道了。

?

07.有什么軟件能根據(jù)分?jǐn)?shù)坐標(biāo)畫出晶體的空間結(jié)構(gòu)？就是有八面體或者四面體的那種。

?

根據(jù)晶體的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，用 diamond 或 atoms 等專業(yè)的晶體結(jié)構(gòu)繪圖軟件便可畫出晶體的空間結(jié)構(gòu)。

?

08.六角結(jié)構(gòu)的晶體在生長時(shí)它的內(nèi)在的優(yōu)先生長方向是哪一個(gè)？

?

一般來說晶體沿短軸方向生長速度快 ,垂直于長軸方向的晶面密度較大，從能量的角度說，當(dāng)晶體生長時(shí)，這樣的格位更穩(wěn)定一些。

?

09.如何知道晶體中原子坐標(biāo)?

?

做單晶 X－射線衍射才能得到原子的坐標(biāo)。除了四圓外，CCD 也可進(jìn)行單晶 X－射線衍射。

?

10.如何根據(jù) X 射線衍射數(shù)據(jù)計(jì)算晶粒尺寸晶格常數(shù)和畸變，用什么理論和公式？

?

根據(jù)衍射峰的峰形數(shù)據(jù)可以計(jì)算晶粒尺寸晶格常數(shù)和畸變。在衍射峰的寬化僅由于晶粒的細(xì)小產(chǎn)生的情況下，根據(jù)衍射峰的寬化量用 Scherrer 公式便可以估算晶粒在該衍射方向上的厚度。你如果需要做這方面的計(jì)算，需要增加一些入門知識(shí)，在本公眾號(hào)上你就能夠找到一 些有關(guān)資料的。

?

以上就是科學(xué)指南針檢測平臺(tái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)上XRD相關(guān)資料的整理如有測試需求，可以和科學(xué)指南針聯(lián)系，我們會(huì)給與您最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和最好的服務(wù)體驗(yàn)，希望可以在大家的科研路上有所幫助。

?

免責(zé)聲明：部分文章整合自網(wǎng)絡(luò)，因內(nèi)容龐雜無法聯(lián)系到全部作者，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除，我們會(huì)在第一時(shí)間予以答復(fù)，萬分感謝。

更多干貨教程可掃碼獲取