【2017年整理】XRD实验报告

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1、xx 大学材料科学实验 实验报告实验名称：XRD 测试晶体结构与精修 辅导员意见： 材料 系 专业班第 实验小组作者 学号 实验日期 年 月 日 成绩： 辅导员签名1、实验目的1.学习 X-射线衍射物相定量分析的方法和步骤 2.了解 X-射线衍射精确测定晶胞参数的方法 3.掌握 Pullprof 晶体结构的精修二、 实验原理：X射线在晶体中的衍射光波经过狭缝将产生衍射现象。狭缝的大小必须与光波的波长同数量级或更小。由图4-4a可知，当入射 X射线与晶面相交角时，假定晶面就是镜面（即布拉格面，入射角与出射角相等），那末容易看出，图中两条射线1和2的光程差是AC+ DC，即2dsin 。当它为波长

2、的整数倍时（假定入射光为单色的，只有一种波长）2d sin = n ，n =1，2， 布拉格（Bragg）公式在 方向射出的X 射线即得到衍射加强。根据布拉格公式，即可以利用已知的晶体（d 已知）通过测角来研究未知X射线的波长；也可以利用已知X 射线（ 已知）来测量未知晶体的晶面间距。三、 实验步骤1. 样品制备 2. XRD 测试样品 3. 学生自带笔记电脑，安装 Fullprof 和UltraEdit 程序（老师给） 4. 结构精修 5. 结构输出及分析四 、 晶 体 结 构 测 试 与 精 修 时 应 注 意 事 项1、晶体的各向异性温度因子是如何定义的？ 答：晶体中的原子普遍存在热运动

3、，这种运动在绝对零度时也未必停止。通常所谓的原子坐标是指它们在不断振动中的平衡位置。随着温度的升高，其振动的振幅 增 大 。 这 种 振 动 的 存 在 增 大 了 原 子 散 射 波 的 位 相 差 ， 影 响 了 原 子 的 散 射能 力 ， 即 衍 射 强 度 。 在 晶 体 中 ， 特 别 是 对 称 性 低 的 晶 体 ， 原 子 各 个 方 向 的 环 境 并不 相 同 ， 因 此 严 格 的 说 不 同 方 向 的 振 幅 是 不 等 的 ， 由 此 引 入 了 各 向 异 性 温 度 因 子 。2、 在 进 行 Rietveld 结 构 精 修 时 ， 是 否 该 对 温 度

4、因 子 进 行 约 束 ？ 如 何 约 束 以 及 约 束范围？ 答 ： 由 于 温 度 因 子 是 随 着 衍 射 角 的 增 加 而 对 强 度 的 影 响 增 大 ， 所 以 ， 如 果 要精 修 温 度 因 子 ， 就 一 定 要 收 集 高 角 度 的 数 据 。3、 Fullprof 精 修 时 ， Biso 的 值 给 如 何 设 定 ？ 是 否 有 个 大 概 的 取 值 范 围 ？答 ： Biso 是 温 度 因 子 ， occu 是 占 有 率 。 ， Biso 与 原 子 的 位 置 有 关 系 。 温 度因 子 是 反 映 原 子 或 离 子 偏 离 平 衡 位 置 的

5、 程 度 ， 因 为 晶 胞 中 各 原 子 都 要 做 热 振 动 的 。对 于 立 方 晶 系 ， 各 向 同 性 ， 只 修 各 向 同 性 温 度 因 子 就 可 以 了 。 温 度 因 子 和 占 有率 都 是 影 响 强 度 的 参 数 ， 所 以 之 间 有 一 定 的 相 关 性 。 而 且 ， 温 度 因 子 对 高 角 度 峰的 强 度 影 响 比 较 大 ， 所 以 ， 如 果 要 精 修 温 度 因 子 ， 最 好 收 到 高 角 度 的 数 据 。4、Fullprof 精 修 中 的 scale 的 初 值 一 般 是 怎 么 确 定 的 ?答：比例因子 scale

6、是指理论计算数据与实验数据之间的比值，一般随便给就可以，不会影响精修的。只要你的初始模型正确，几轮就可以修到比较合理的值。5、 Z,f,t,该 怎 么 取 值 ？答 ： AZT = Z*Mw*f2/t(useful to calculate the weight percentage of the phase) Z: Number of formula units per cellMw:molecular wheightf: Used to transform the site multiplicities to their true values. For a stoichiometric

7、phase f=1 if these multiplicities are calculated by dividing the Wyckoff multiplicity m of the site by the general multiplicity M. Other wise f=Occ.M/m, where Occ. is occupation number.t: Is the Brindley coefficient that accounts for microabsorption effect s. It is required for quantitative phase an

8、alysis only. When phases have like absorption (in most neutron uses), this factor is nearly 1. If IMORE=1 the Brindley-coeff is directly read in the next line (in such case ATZ=Z.Mw.f2).这里说明一下，A TZ 的值只有在做定量分析的时候有用，如果不做定量分析，只做结构精修， 则可以随便给一个值即可。 general position of the group 就 是晶体学国际表中某个空间群的一般等效点系数， 可

9、以从晶体学国际表查得：International Tables for Crystallography, Volume A: Space Group Symmetry。6、 对 于 几 个R 因 子 ， Rp, Rwp， Rexp 等 参 数 的 值 大 小 一 般 要 为 多 大 精 修 的结 果 才 可 靠 ?答：Rp, Rwp 参数的值大小通常和你的数据质量、结构模型等有关，目前好像没人说这个值应该是多少。Rexp 是一个期望的因子，它与数据点数、精修参数 的个数等有关。对于晶胞参数，通常主要看 R-Bragg 因子。对于这些因子你 可以看看这篇文献：J. Res. Natl. Inst

10、. Stand. Technol. 109, 107-123 (2004)7、 什 么 是 标 准 半 峰 宽 度 ， 如 何 得 到 ？ 答：所谓的标准半峰宽应该是指仪器本身的宽化因子，和实验时使用的狭缝条件关系最大，想得到它并不难：比如在相同的测量条件下，把 Si 标样放到仪器上测量 Si 的各个衍射峰 的 K1 峰的半高宽，就是所谓的标准了。当你需要测量一系列非标样 Si 粉时， 就把标样 Si 的 K1 峰的半宽作为标准半峰宽使用就可以了。但，有很多时候合适的标准物质很难得到，你就用另外的标准物质（出峰位置很相近的标准物质）代替，也完全没有问题。也可以根据 Si 标样在整个扫描范围内的

11、 衍射峰的 K1 峰的半高宽作出仪器宽化因子-2 关系曲线来得到任意进度的仪器宽化因子。因为谢乐方程的适用条件也就是几十到200nm 之间，超出这个范围误差是很大的。只要你在进行相同的一系列计算时使用 相同的一个参数就一般就可以满足研究工作的要求了。8、 为 什 么 晶 粒 尺 寸 的 变 化 会 引 起X 射 线 衍 射 的 峰 线 宽 化 ？ 答:理想的晶体是在三维空间中无限的周期性延伸的，所以，如果不考虑仪器宽化的因素，那么理想晶体的衍射峰应该是一条线，但是实际晶体都是有尺寸的，即，周期性不是无限的，这就造成了由于结晶粒度引起的宽化，如果结晶粒度无限小下去，衍射峰就会宽化直至消失变成大鼓

12、包了，也就是非晶了。 衍射图数据收集方面的问题收集 XRD 应注意些什么?(比如收集角度泛围、速度等有什么要求？ 衍射峰的强度和很多因素有关，比如样品的衍射能力，性质，还有仪器功率，测试方法，检测器的灵敏度等等。9、 XRD 峰 整 体 向 右 偏 移 是 什 么 原 因 造 成 的 ? 答：可能是离子半径小的元素取代了离子半径大的元素。也可能是你制样时，样品表面高出了样品座平面， 或者仪器的零点不准造成的，建议你最好用标样来修正你的数据。10、 做 X 射 线 衍 射 时 ， 一 些 （ 仪 器 ） 参 数 对 谱 线 有 什 么 影 响 ？ 答：如何选择仪器参数主要取决于做X 射线衍射的目

13、的。比如：扫描速度，如果是一般鉴定就可以取快一些 （4 -8 度/分， 如果是精修晶胞参数就要扫慢一 些；狭缝条件，狭缝越小分辨率越高，但强度就会减小，不宜快扫，这又要增加时间。还要根据的样品的衍射能力、结晶度等因素来定。如果是步进扫描：测定晶胞参数可以取每个步进度1-30 秒，如果做结构精测3 0 秒到数分钟不等（对于普通功率的衍射仪，4 0kV、4 0mA11、 衍 射 峰 左 右 不 对 称 是 何 原 因 ? 答：衍射仪获得的衍射峰形（精确地说是衍射线的剖面，diffraction line profile）是不对称的，尤其是在低角度区（2 1，数据点用换算因子来换算，只有在新步长下的

14、所对应的数据点才予与精修。新步长（step）为 Ste 与 Step 的乘积。14. Nre：约束参数的数目在文件的最后，必须给出 Nre 列表，详细说明每个参数的极限及总数。这些变量必须以 Montecarlo 或 Simulated Annealing 形式给出。15. Cry：单晶工作和精修运算方式0：只需要衍射强度的积分，不需要外形参数。文件格式在下列情况下变化较小；=1：单晶数据或粉末衍射强度积分的精修；=2：利用 Montecarlo 而不是最小二乘法来寻找开始的结构，该选项对于在较少参数情况下(3-4)比较有效；=3：选择 Simulated Annealing 优化方法。16. Uni: 散射变量单位=0：度（ 2 ）；=1：T.O.F （微妙）；=2：能量（ Kev）17. Cor：强度修正=0：没有采用任何修正；=1：读取强度修正文件；=2：读取相似的文件，但不是直接读取修正，而是经验函数和其标准偏差的系数。该类型的文件在附录中详细描述。18. Opt：计算最优化=0：使用通常方法；=1：程序通过特定选择使计算最优化，在某些情况下，计算可加快 30%。19. Aut：精修参数数目的自动计算模式=0：程序按常规处理，用户完全掌握参数的数目，精修参数的总数由人工固定；=1：程序自动处理所要精修的参数，在该