第8章-晶胞参数

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,41,理学用户应用培训,单击此处编辑母版标题样式,晶格常数,意义,计算公式,误差来源,测量误差与衍射角的关系,精修方法,内标法,外标法,问题解释,点阵常数是晶体物质的重要参数，晶体材料中原子键合力、密度、固溶体类型、固溶度及宏观应力、固态相变、热膨胀系数等，都与点阵常数的变化密切相关。通过点阵常数的变化可揭示这些问题的本质和变化规律。,意义,点阵常数是材料物理性能的表征方法,变化特点,这类变化通常仅在10,-3,nm数量级下，通常的测量条件下，这种微小的变化被实验误差所掩盖。因此，必须对点阵常数进行精确测定。,相变导致晶格常数不随温度成线性关系,意义,计算公式,(a=b=c,=90),有：,在已知晶体结构的情况下，通过任何一个衍射峰的位置(或d值)就可以计算出晶体的点阵常数 。,不同晶系结构的晶胞参数变量个数不同，需要的衍射峰数目不相同。,立方晶系,计算公式,六方和四方晶系,（选择HK0线条计算）,(选择00L线条计算),计算公式,斜方晶系,分别选择H00，0K0，00L型衍射线计算a,b,c，,计算公式,误差来源,测角仪机械零点误差,机械零点误差是点阵常数测量误差的主要来源,2/,驱动匹配误差,计数测量系统滞后误差,现代X射线衍射仪由于使用计算机采集数据，基本上不存在这种误差,折射校正,X射线在空气中的折射率非常接近1，当点阵常数变化在10,-5,数量级时，需要进行校正，校正公式为：,对于立方晶系，a,校,=a,测,（1+），其中,误差来源,当实验温度不在25时，需要进行温度校正。这是由于在晶体点阵中原子中心相对点阵结点在各个方向有热振动位置偏移,当X射线入射晶体而对布喇格公式加以温度校正.公式为:,a,校,=a,测,1+(25-T,测,),晶体膨胀系数,零点与某衍射线峰位随温度的变化,温度校正,误差来源,由于样品吸收误差校正,X射线具有一定的穿透能力，内层物质参与衍射，使衍射线位移,线吸收系数，R：测角仪半径,误差来源,X,射线束水平发散及垂直发散引起的误差校正,由于参与衍射的X射线不是完全平行的射线，由于水平方向和垂直方向发散导致的误差可表示为：,式中:为X射线束水平发散角;,1,、,2,为入射线和衍射线光路上的有效轴向发散角（梭拉光阑片间距/沿光路方向的片长）,误差来源,布喇格角测量误差,式中:,M,为衍射线条位置角处测量偏离值,误差来源,对布拉格公式两边微分，可得：,面间距的测量误差与衍射角的测量误差、衍射角正切，以及面间距d本身三者都成正比。对于立方晶系来说，点阵常数的测量误差与衍射角之间存在如下的关系：,衍射角越大，衍射角的正切越小，测量误差相应减小,精确测量点阵常数时应当选用高衍射角的衍射线,测量误差与衍射角的关系,测量标准样品的衍射谱,通过线对法校正仪器的零点和样品位移,测量样品的衍射谱,以PDF卡片数据或指标化结果为模型,按最小二乘法修正计算误差,对未知相指标化,计算得到扣除误差的晶胞参数: a, b, c, ,用标准样品校正仪器的零点,在样品中混入标准物质,检索样品中的物相,测量混合物的衍射谱,用标准物质衍射谱校正仪器的零点和样品位移,测量样品的衍射谱,精修方法,外标法,内标法,线对法,内标法就是将标准物质直接加入到被测样品中，可以直接消除仪器零点误差和样品离轴误差这两种主要误差。,缺点: 当样品存在多种物相或者样品本身的衍射峰较多时，再加入标准物质必然增加谱线重叠，准确分峰存在困难。,内标法,内标法原理,内标法应用实例,实例1 用内标法精确计算TiO,2,的晶胞参数,1) 在TiO,2,粉末样品中加入标准Si粉；,2) 扫描样品的全谱；,3) 确定物相；,4) 按内标法精确计算TiO,2,的晶胞参数。,内标法,Step1: 读入测量数据，并确定物相，,选择硅相时，选择SYS，晶胞参数为5.431,内标法,Step2: 观察TiO,2,的原始晶胞参数,内标法,Step3: 不校正时，计算晶胞参数,内标法,Step4: 选择精修相为锐钛矿，内标相为Si。计算TiO2的晶胞参数,内标法,Step5: 制作分析报告,内标法,10：01：内标法精胞参数精修,外标法,外标法就是测量标准物质的全谱，通过这个全谱建立起一个函数：,i=0,1N，,其中A,i,为常系数。,将这个函数保存成数据处理软件的一个参数文件，那么在读入一个样品测量谱图时，可以使用这个函数来校正仪器误差。显然，外标法是为了/2匹配误差而做的校正。,外标法原理,外标法应用实例,用外标法精确计算TiO,2,的晶胞参数,1) 扫描一个标准物质的图谱，完成物相分析，并保存成一个项目文件(PDS)；,2) 扫描TiO,2,粉末样品的图谱；,3) 确定样品的物相组成；,4) 按外标法精确计算TiO,2,的晶胞参数。,外标法,Step 1: 读入标准物质的图谱,外标法,1 标准图谱准备,在测量样品图谱前，先测量一个标准物质的图谱，并作数据处理后保存备用。,Step 2: 进行基本数据处理,外标法,Step 3: 读入CIF文件作为物相的结构，并选为侯选晶相,外标法,Srep 4: 保存标准物质的分析结果为外标项目文件(PDS),外标法,标准图谱准备完成,以后凡仪器参数未改变前，此PDS文件一直可以使用。,Step 1: 读入待测样品的图谱,外标法,2 样品分析,样品测量时，不再加入标准物质。,Step 2: 进行物相分析,外标法,Step 3: 观察原始晶胞参数,外标法,Step 4: 读入外标物质项目文件为“角度校正标准”,外标法,Step 5: 按外标法，再按下Refine和Set,外标法,Step 6: 制作分析报告,外标法,10：02：外标法精胞参数精修,用外标法精确计算一个四相混合物中各相的晶胞参数,(标准图谱项目文件已做好),1) 扫描样品的图谱；,2) 确定样品的各个物相；,3) 读入外标文件PSD,4) 按外标法分别精确计算各个相的晶胞参数。,外标法,Step 1: 读入样品的衍射谱图，并分析出4种物相,外标法,Step 2: 在数据集管理中，选择标准物质的项目文件,外标法,Step 3: 选择外标法，在目标相位置处选择不同的精修目标精修,外标法,Step 4: 全部物相精修完成后，制作分析报告，,分析报告中包含全部物相的精修结果,外标法,10：03：4相混合物：内标法精胞参数精修,每个物相都要做一遍晶胞修正。,本章小结,如果样品中存在多个物相，可以分别计算各个物相的点阵常数。,外标法只能去除仪器零点误差，但不可以去除制样引起的“样品表面离轴误差”。在实际制样过程中，特别是粉末样品的制备过程中，样品表面或多或少会高出或者低于样品架表面。这种误差在外标法中需要严格控制。一般认为粉体样品使用内标法校正角度更加精确。,这种计算实际上是以指定的物相衍射数据,(PDF,卡片,),为模型，进行最小二乘法优化处理的。是不涉及晶体结构的。,精修的精度主要依赖于仪器硬件的精度；,在实验条件上，由狭缝大小、步长和计数时间来决定；,无论采用何种实验条件，精修的结果中总是包含误差的，精修的结果并不是一个绝对的值，只是比通常情况下的结果更加接近“真实值”。,这种精修实际上是一种简单的最小二乘法算法，更加精确的计算可以使用全谱拟合精修。,本章小结,谢谢大家！,