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清又青新蟲(chóng) (正式寫(xiě)手)
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[交流]
【科普】XRD在材料分析中的應(yīng)用
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關(guān)于X射線衍射分析（XRD） 定義： X射線衍射分析（X-ray diffraction，簡(jiǎn)稱(chēng)XRD），是利用晶體形成的X射線衍射，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行內(nèi)部原子在空間分布狀況的結(jié)構(gòu)分析方法。 分析原理： 當(dāng)一束X射線入射到晶體時(shí)，首先被原子（電子）所散射，每個(gè)原子都是一個(gè)新的輻射源，向空間輻射出與入射波同頻率的電磁波。由于晶體是由原子、分子或離子按一定規(guī)律排列成的晶面組成，這些按周期平行排列的晶面的間距與入射X射線波長(zhǎng)有相同的數(shù)量級(jí)，故由不同晶面散射的X射線相互干涉，并在符合布拉格方程的空間方向上產(chǎn)生強(qiáng)X射線衍射。 布拉格方程 2dsinθ=nλ，n=1,2… 其中：d為晶面間距，θ為入射X射線與相應(yīng)晶面的夾角，λ為X射線的波長(zhǎng)，n為衍射級(jí)數(shù)，其含義是：只有照射到相鄰兩晶面的光程差是X射線波長(zhǎng)的n倍時(shí)才產(chǎn)生衍射。 1.物相分析 每一種晶體都有它自己的晶面間距d，而且其中原子按照一定的方式排布著，這反映到衍射圖上各種晶體的譜線有它自己特定的位置。數(shù)目和強(qiáng)度I。因此，只需將未知物中的衍射圖中各譜線測(cè)定的角度和強(qiáng)度和已知樣品的譜線進(jìn)行比較就可以達(dá)到分析目的。 通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行X射線衍射，分析其衍射圖譜，獲得獲得材料的成分、材料內(nèi)部原子或分子的結(jié)構(gòu)或形態(tài)等信息。 2.測(cè)定晶粒度 XRD測(cè)定晶粒度是基于衍射線的寬度與材料晶粒大小有關(guān)這一現(xiàn)象。對(duì)于TiO2納米粉體，其主要衍射峰2θ為21.5°。 當(dāng)采用銅靶作為衍射源，波長(zhǎng)為0.154nm,衍射角的2θ為25.30°，測(cè)量獲得的半高寬為0.375°，一般Scherrer常數(shù)取0.89.根據(jù)Scherrer公式，可以計(jì)算獲得晶粒的尺寸。 此外，根據(jù)晶粒大小，還可以計(jì)算納米粉體的比表面積。 3.小角X射線衍射 在納米多層膜材料中，兩薄膜層材料反復(fù)重疊，形成調(diào)制界面。當(dāng)X射線入射時(shí)，周期良好的調(diào)制界面會(huì)與平行薄膜表面的晶面一樣,在滿足Bragg條件時(shí)，產(chǎn)生相干銜射，形成明銳的衍射峰。 由于多層膜的調(diào)制周期比金屬和化合物的最大晶面間距大得多，所以只有小周期多層膜調(diào)制界面產(chǎn)生的XRD衍射峰可以再小角度衍射時(shí)觀察到，而大周期多層膜調(diào)制界面XRD衍射峰則因其衍射角度更小而無(wú)法進(jìn)行觀測(cè)。 因此，對(duì)制備良好的小周期納米多層膜可以用小角度XRD方法測(cè)定其調(diào)幅周期。 4.薄膜厚度和界面結(jié)構(gòu)的測(cè)定 隨著納米材料的高速發(fā)展，納米薄膜的研究也變得越來(lái)越重要。利用XRD研究薄膜的厚度以及界面結(jié)構(gòu)也是XRD發(fā)展的一個(gè)重要方向。通過(guò)二維XRD衍射還可以獲得物相的縱向深度剖析結(jié)果，也可以獲得界面物相分布結(jié)果。 5.物質(zhì)狀態(tài)的鑒別 不同的物質(zhì)狀態(tài)對(duì)X射線的衍射作用是不同的，因此可以利用X射線譜來(lái)區(qū)別晶態(tài)和非晶態(tài)。一般非晶態(tài)物質(zhì)的XRD譜為一條直線，平時(shí)所遇到的在低2θ角出現(xiàn)的漫散型峰的XRD一般是由液體型固體和氣體型固體所構(gòu)成。 晶體物質(zhì)又可以分為微晶和晶態(tài)，微晶具有晶體的特征，但由于晶粒小會(huì)產(chǎn)生衍射峰的寬化彌散，而結(jié)晶好的晶態(tài)物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生尖銳的衍射峰。 |
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