以下的内容仅仅是自己在实验过程中学习得到,如有误,恳请并欢迎大家拍砖。目的希望能引起大家对XRD分析的讨论,所谓抛砖引玉。
做材料分析最基本的仪器就是XRD,如果您经常使用它做分析,建议您要有以下的两个必备工具:(一)它的基本原理在任何一本关于X射线衍射分析的书中都有介绍。可以参考中南大学的课件,可以下载。
http://mse.csu.edu.cn/caizisky/article.asp?id=422。(二)能在计算机上安装的PCPDF win,or 晶体学数据库的标准卡片。现在XRD在分析各种各样的材料中应用非常广泛,例如无机材料(我的方向),聚合物,单晶(CCD单晶衍射仪更方便、直接),矿物等等。在这里,只简单和大家分享一些自己在做无机材料时,使用X射线分析时遇到过的问题。
1. 制样,制样要保证样品在衬底上的平整,块装一定要研磨成粉,厚度均匀。需要样品的多少看仪器了,以前用的Xpert一点点就可以检测,现在用XRD-6000样品就要很多。磁性样品在测试的时候和正常的材料不太一样,通常加单色器保证衍射峰有较好的信噪比。当然磁性材料的测试总的来说比较麻烦,在做XRD,SEM,TEM时都要事先说明,以免得不到好的结果。
2. 衍射峰的位置,一般来说,做XRD的时候,收集信号的时间都比较短(3-20 min),我们以前一天要做一百多个样品,所以每个样品的时间都很短,这样就会出现衍射峰的位置和标准图片有偏差。通常,20度以前出现的衍射峰d值偏差允许范围10%。后面的峰的位置偏差5%。也就是说,角度小的偏差会大一些,角度大的偏差就小。如果标准卡片中出现的峰,您的结果中没有,no problem, 如果标准卡片中没有的峰,您的结果中有,big problem,一般来说就是杂质,而且杂质量>5%。(当然,如果你准备使用PXRD来解析晶体的结构,收集数据的时间就要扩大n倍,最低大概7-8 h,另外要加标准物质来防止系统误差,一般是硅)。
3. 衍射峰的强度,并不要求强度和标准值一致,因为存在择优取向的问题,这在做一维纳米材料时常见,需要指出的是:XRD中出现的强峰并不能作为择优取向的重要依据,一定要有ED and HRTEM来证明。
4. 使用PCPDF win检索XRD图谱,得到XRD图谱以后,通常直接去查找目标产物的XRD,来检查自己的结果是否和预计的一样。有时,出现的图谱和目标不一样,可以使用猜想的办法预测可能产物,以便能准确分析XRD。还有一种方法,在PCPDF win中提供的三强峰检索也很重要,在search——>Misc——>stronglines中,有可能找到准确的结果。第三种方法就是使用物质和强峰混合检索,也很有效。当然,PCPDF这个软件对于检索无机化合物还是非常有用的,其他检索的办法,大家可以在软件的使用中慢慢试验。
5. XRD计算粒径。利用谢乐公式β(2θ) =Kλ/Lcosθ可以计算平均粒径。式中β(2θ) 为衍射峰的半高宽所对应的弧度值,(或为积分宽度IW当为积分宽度表达式时); K 为形态常数,可取0.89或0.94;λ为X-射线波长,当使用铜靶时,λ= 1.54178 Å。L为粒度大小或一致衍射晶畴大小,θ为布拉格衍射角。衍射峰的半高宽β是晶体大小(L)的函数,随着晶体大小(L)的增大,衍射峰的半高宽β变小,反之则变大。测量时应注意选取多条低角度的X-射线衍射(2θ≤ 50度)进行计算,然后求得平均值。另外,应根据粒子的大小和选取角度的高低,确定应扣除的仪器宽化值和二类畸变引起的宽化值。一般的电镜观察到的是产物粒子的颗粒度而不是晶粒度,而由X-射线衍射法测定的是粒子的晶粒度。当粒子为多晶时,该法测得的时组成单个颗粒的单个晶粒的平均晶粒度。试验表明当粒度小于等于50 nm时,测量值于实际值相近,反之,测量值往往小于实际值。