1、X射線粉末衍射儀法摘要本實驗采用X射線粉末衍射儀法，對樣品叩2、薄膜ZnO和二者的混合物等多晶樣品進行了X射線衍射掃描。實驗測得1；02的結構為體心立方,ZnO為六角密排結構：由己知*02和ZnO的質量分數比為1：1的混合物定標得出另外一種混合物中*02和ZnO的質量分數之比約為2.54:1,實驗還測量了ZnO薄膜樣品的晶粒人小為230.40Ao關鍵/司X射線粉末衍射儀法物相分析PDF卡1引言X射線是一種波長介于紫外線與Y射線之間的電磁波，其波長約為0.01-100A間，能穿透一定厚度的物質，并能使熒光物質發光、照相乳膠感光、氣體電離。1912年德國物理學家勞厄(M.VonLaue)發現了晶體

2、的X射線衍射現象。同年，英國物理學家布拉格父子(W.H.Bragg,W丄.Bragg)在勞厄發現的基礎上，提出著名的X射線的布拉格衍射方程，并首次用X射線衍射法測定出氯化鈉的晶體結構。1916年德國科學家德拜和寫了提出了X射線粉末衍射儀法，揭開了利用多晶樣品進行晶體結構測定的序幕。X射線衍射法已經成為研究原子、分子和晶體結構的重要手段之一，被廣泛用于晶體結構參數測定、材料的物相分析和亞微觀晶粒的大小分布測量等方面。物相分析是X射線衍射在金屬中用得最多的方面，分定性分析和定量分析。前者把對材料測得的點陣平面間距及衍射強度與標準物相的衍射數據相比較，確定材料中存在的物相;后者則根據衍射花樣的強度，

3、確定材料中各相的含量。在研究性能和各相含量的關系和檢查材料的成分配比及隨后的處理規程是否合理等方面都得到廣泛應用。本實驗學習掌握多晶X射線粉末衍射儀的原理與基本操作，熟悉定性物相分析的步驟及PDF數據庫的使用方法，了解定量物相分析，精確測定晶格常數及晶粒人小測量等實驗方法。2.原理2.1理論晶體的粉末X射線衍射圖的衍射峰的強度和對應的衍射角是由晶體內部結構特性決定的。衍射峰對應的衍射角取決于晶胞人小和形狀，以此可以對樣品組成進行定性物相分析；而你是否的強度取決于晶胞內原子的類型及分布，這是利用X射線衍射進行定量物相分析的基礎。2.1.1定性物相分析晶體的粉末X射線衍射圖譜上的各個衍射峰的強度和

4、對應的衍射角是由晶體內部結構決定的，通常衍射峰對應的衍射角取決于晶胞的人小和形狀，而衍射峰的強度取決于晶胞內原子的類型及分布，這是利用X射線衍射進行定量物相分析的基礎。定性物相分析的關鍵就是將獲得的位置樣品的衍射圖譜與已知化合物衍射圖譜（PDF卡片，國際粉末衍射標準聯合會制定）進行一一比對，當未知材料的圖譜滿足樣品衍射圖譜中能找到某組分物相應該出現的各衍射峰和所有的衍射峰相對強度順序應與已知組分物相的強度順序原則上保持一致（除薄膜等）兩個條件時，便可以確定樣品的組成部分。一般在檢索的過程中，普通的樣品采用哈那瓦特方法，懷疑具冇擇優取向的樣品采用芬克法進行。2.1.2定量物相分析定量物相分析方法

5、的主要目的是確定了樣品的組成部分后來確定各組成部分的質量分數，可以采用的方法有：內標法、參考強度比法等，本實驗采用內標法進行測量。對于多相混合物，衍射強度與物相之河有如下關系:必幾=&幾理kP5(/Z/P)xnJ(1)其中：K磁與Kj,是與晶體結構因子、衍射角度相關的常數，怎與R是各個物相的密度,乂么和X,是各個物相的質量分數。2.13關于頻譜的分析與德拜照相法頻譜是圓狀不同，粉末衍射儀法的頻譜是線狀的，這是與他們不同的實驗裝置結構有關的，德拜照相法的入射X射線是半徑比較小的圓柱光線，所用的樣品時半徑只有0.5mm的小圓柱棒，所用樣品也有要求：試樣粉末尺寸大小要適中，試樣粉末不能存在應力，當X

6、射線正照射上去時，形成的衍射頻譜是圓形的；而本實驗所用的方法X射線的范圍較廣，樣品表面是一個極近似平面，原理類似平面鏡反射，又由于晶面具有不連續性，所以出射光就是不連續的線狀光譜。2.2實驗2.2.1實驗儀器原理實驗采用的裝置如圖1所示，該衍射儀主要包括X射線發生器、測角儀、探測儀與操作與數據處理系統。其測量原理為將待測晶體磨成粉末壓平后放在X射線粉末衍射儀上，每當樣品轉過e角時，探頭就轉過26,這樣就保證在每一固定角位置處，探頭只能探測到與此時角度相對應的晶面的衍射光線，當樣品轉過時180,系統就能掃描出晶體完整的衍射峰隨角度變化的圖譜。B1X射線衍射儀結構示青團實驗內容按照實驗要求制作樣品

7、，分別對四種樣品進行X光衍射及數據采集，對于前三種樣品利用軟件按照實驗要求操作獲取衍射峰的峰位、半寬度和峰值，確定組成物質的種類。測量出四種樣品的衍射峰的強度和對應的衍射角后，并利用操作與數據處理系統標定出各個衍射峰對應的晶面指數。利用生成的數據文件及origin軟件進行做圖分析，利用波峰位置和峰值等數據并根據公式（1）計算混合物中的各種組分的質量分數；利用第四個樣品的實驗打描數據和晶粒人小測屋軟件測量晶粒的人小并記錄實驗數據。實驗結果和分析4.1用XRD-6000型X射線粉末衍射儀打描粉末A的衍射圖譜用計算機比對PDF卡得出該樣品為Ti02（21-1272）,晶體類型為體心立方。結合PDF分

8、析得到的數據（誤差修正-0.2）如表1所示，根據origin軟件作圖分析得到A的衍射圖譜如圖2所示。圖2樣品A的衍射圖譜及衍射峰的晶面指數表2樣品A的衍射峰的相對強度與晶面指數20相對強度晶面指數(hkl)20相對強度晶面指數(hkl)25.236910010154.99411721136.881610362.61511520437.72771900468.6795611638.5003611270.2136622047.97522920074.969921553.823廠1054.2用XRD-6000型X射線粉末衍射儀打描薄膜樣品B的衍射圖譜30000O503O003O602O002O60O

9、00O50010203040606070809020(degree)ZnO25000-20000-16000-10000-5000-0-010203040506070809020(degree)圖3樣品B的衍射圖譜樣品B的物質為ZnO,結構為六角密排結構。由計算機分析得出：二倍角為34.3357,由計算機輔助計算得到晶粒的大小為：230.40A4.3用XRD-6000型X射線粉末衍射儀打描粉末C的衍射圖譜實驗條件知:C粉末兩種成分比為1：1,實驗經過PDF比對發現兩種成分是ZnO和TiO“由于已知樣品C含有樣品A(TiOj、B(ZnO)的成分比為1:1,根據表1中A(TiO2)樣品的衍射峰的2

10、0與品面指數可以根據樣品C中的衍射峰，確定出26角對應的晶體類型，并用A、B表示出來。20(degree)圖4樣品c的衍射圖譜及衍射峰的晶面指數趣宜夜畀螞探e表2樣品C的衍射峰的相對強度與晶面指數20相對強度品面指數(hkl)20相對強度品面指數(hkl)20相對強度25.29867101A55.063712211A31.767958100B56.605736110B34.420941002B62.669204A36.2578100101B62.859731103B37.789814004A67.957125112B47.534223102B69.095413201B48.03720200A7

11、5.05296215A53.893512105A4.4用XRD-6000型X射線粉末衍射儀打描粉末C的衍射圖譜3500-3000-2500-2000-1500-1000-500-0-*500i|i|ii*i*i*i*ii1*1010203040506070809029(degree)圖5樣品D的衍射圖譜及衍射峰的晶面指數表3樣品D的衍射峰的相對強度與晶面指數20相對強度品面指數(hkl)晶體20相對強度晶面指數(hkl)晶體25.2883100101A55.055317211A31.759834100B56.593421110B34.408923002B62.714213A36.2439561

12、01B62.8618204A37.782720004A67.94714103B38.55046112A68.75516112B47.532113102B69.08178201B47.02631200A70.27936220A53.887118105A75.04849215A4.5計算樣品D中A、B成分的質量分數之比根據公式(1)由相對強度和質量的關系得到系數k,根據D樣品中A和B的各個衍射峰的相對強度町以求出系數k,從而可以求出Xa/Xb的平均值為2.54,即D樣品中A(TiO2):B(ZnO)=2.54。實驗結果與理論有一些偏差，可能是由于實驗配置好的樣品已使用兩年，在實驗過程中藥品都是回收

13、利用的，因此在這個過程中不排除有樣品放錯試劑瓶的可能，或者由于藥品與空氣中的其它分子發生了反應如C02等，使得質量分數比發生了改變。表4樣品D的中A、B的質量分數數據物理量A:29B:29Ia/IbkXa/XbC樣品25.29831.76791.161.161.0037.789834.42090.340.341.0048.03747.53420.870.871.0055.063769.09540.920.921.0053.893556.60570.330.331.00D樣品25.288331.75982.941.162.5537.782734.40890.870.342.5547.02647.53212.380.872.7455.055369.08172.130.922.3053.887156.