本科：晶體X射線衍射實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、中南大學(xué)x射線衍射實(shí)驗(yàn)報(bào)告買驗(yàn)?zāi)康牟牧峡茖W(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)工程試驗(yàn)1301班級(jí)姓 名樂建溫學(xué)號(hào)0603130506同組者實(shí)驗(yàn)日期2015年12月07日指導(dǎo)教師黃繼武評(píng)分分評(píng)閱人評(píng)閱日期1）掌握x射線衍射儀的工作原理、操作方法；2）掌握x射線衍射實(shí)驗(yàn)的樣品制備方法；3）學(xué)會(huì)x射線衍射實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置，獨(dú)立完成一個(gè)衍射實(shí)驗(yàn)測(cè)試；4）學(xué)會(huì)mdi jade 6的基本操作方法；5）學(xué)會(huì)物相定性分析的原理和利用jade進(jìn)行物相鑒定的方法；6）學(xué)會(huì)物相定量分析的原理和利用jade進(jìn)行物相定量的方法。本實(shí)驗(yàn)由衍射儀操作、物相定性分析、物相定量分析三個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)組成, 實(shí)驗(yàn)報(bào)告包含以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)

2、內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)原理觀衍射仗典空開關(guān)界示面板door開關(guān)55據(jù)處河數(shù)抵處理數(shù)據(jù)處ff系統(tǒng)拎uh數(shù)抵采兔與數(shù)抵處丼系統(tǒng)x射線是原子內(nèi)層電子在高速運(yùn)動(dòng)電子的轟擊下躍遷而產(chǎn)生的光輻射，主要 有連續(xù)x射線和特征x射線兩種。晶體可被用作x光的光柵，這些很大數(shù)目的原 子或離子/分子所產(chǎn)生的相干散射將會(huì)發(fā)生光的干涉作用，從而影響散射的x射 線的強(qiáng)度增強(qiáng)或減弱。由于大量原子散射波的疊加，互相干涉而產(chǎn)生最大強(qiáng)度的 光束稱為x射線的衍射線。滿足衍射條件，可應(yīng)用布拉格公式：2dsin 0 =入應(yīng)用已知波長(zhǎng)的x射線來測(cè)量。角，從而計(jì)算出晶面間距d,這是用于x射 線結(jié)構(gòu)分析；另一個(gè)是應(yīng)用已知d的晶體來測(cè)量e角，從而計(jì)算出特征

3、x射線的 波長(zhǎng)，進(jìn)而可在已有資料查出試樣中所含的元素。三、儀器與材料1）儀器：18kw轉(zhuǎn)靶x射線衍射儀2）數(shù)據(jù)處理軟件：數(shù)據(jù)采集與處理終端與數(shù)據(jù)分析軟件mdi jade 63）實(shí)驗(yàn)材料：樣品1含有ti、0元素；樣品2含有fe、si、c、0和s元素四. 實(shí)驗(yàn)步驟1測(cè)量數(shù)據(jù)1）準(zhǔn)備樣品；2）打開x射線衍射儀；3）按下“doo嚴(yán) 按鈕，聽到報(bào)警；4）向右拉開“常規(guī)衍射儀門”,裝好樣品；5）向左輕拉“常規(guī)衍射儀門”，使之合上；6）打開“控制測(cè)量”程序，輸入實(shí)驗(yàn)條件和樣品名，開始測(cè)量；表1實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定:儀器掃描范圍掃描度電壓電流d/max 2500型x射線衍射儀10-808°/min40kv2

4、 5 0ma7）按相同的實(shí)驗(yàn)條件測(cè)量其它樣品的衍射數(shù)據(jù)。2物相鑒定1）打開jade,讀入衍射數(shù)據(jù)文件；2）鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊s/m工具按鈕，進(jìn)入“search/match”對(duì)話界面；3）選擇"chemistry filter",進(jìn)入元素限定對(duì)話框，選中樣品中的元素名稱, 然后點(diǎn)擊0k返回對(duì)話框，再點(diǎn)擊0k;4）從物相匹配表中選中樣品中存在的物相。在所選定的物相名稱上雙擊鼠標(biāo)， 顯示pdf卡片，按下save按鈕，保存pdf卡片數(shù)據(jù)；5）在主要相鑒定完成后，對(duì)剩余未鑒定的衍射峰涂峰，做usearch/match, 直至全部物相鑒定出來。6）鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊“打印機(jī)”圖標(biāo)，顯示打印結(jié)果，按

5、下“save”按鈕，輸出物 相鑒定結(jié)果。7）以同樣的方法標(biāo)定具它樣品的物相，物相鑒定浜驗(yàn)兒成。3物相定量分析1）在jade窗口中，扌丁開一個(gè)多相樣品的衍射譜；2）完成多相樣品的物相鑒定，物相鑒定時(shí)，選擇有rir值的pdf卡片；3）選擇每個(gè)物相的主要未重疊的衍射峰進(jìn)行擬合，求出衍射峰面積；4）選擇菜單“opt ions i easy quantitative",按絕熱法計(jì)算樣品中兩相的重量百分?jǐn)?shù)；5) 按下“save”按鈕，保存定量分析結(jié)果，定量分析數(shù)據(jù)處理完成。 計(jì)算公式：k爲(wèi)。3 rirb' a仏+厶畸)五實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1物相鑒定結(jié)果樣品1的x射線衍射圖譜如下:o 55 2

6、aunooslsusu一84-1296> analase, syn tio20c5 2 鈾10 20materials data inc眇0564 ruble, syn to.924o2_i_._l，八 1 i_._._._._._r-i,_i_hi*._r-u 304050607080twotheta (deg)|ckrth6|usef1<cnprogram niesndijade e'dalas* monday. oct 06. 2014 03:21 p<mdluade6)樣品1中含有ti02和tio. 92402 樣品2的x射線衍射圖譜如下：00e fesfco

7、s rawlsunoos一 su&h500f上丄jllujjj111 171-1690> pyne - fes21i1186-0695> silicon ch 止 sio2丄1 1 1 1|83-1764> sidente fe(co3)4050607080two-theta (deg)ct«yi6|user)«c iprcjra-n filesundi pde 8idata$=» vonday. oct06.2014 03:42o (mdiuade®102030materials date. inc樣品2中含有fes2、si0

8、2和fe(c03)2定量分析結(jié)果 樣品1丁 匸 rr 二 4.99&% rirh 3.20w“ =lr=38囲 dg_ = 87.2%(人 + 厶 k；)(53818 + 5085 x )3.20% =1 咒=1 87.2% = 12.8% anatase, syn tio2 <wt%=87.2 (4.0)> rutile, syn tio.92402 <wt%=12.8 (0.6)>anatase, syn=87.2%rutile, syn二 12.8%wt%quantitative analysis from profile-fitted peaks樣品 1

9、 的含量為 w% (ti02 ) : w%(tio. 92402)=87. 2%: 12. 8%樣品2©203 二 rr 二 °89 h k 爲(wèi)。3 rirb 3.04k；(2o ri疋二 °89c a rirc 3-583647mg (3647 + 8157x2 + 15370x2)3.043.5837.0%k忘賦 一 3.04k 爲(wèi)3 rira 0.89k k爲(wèi)。rirb 二 3.04 ck；呦rr 3.58lbwh (<x+厶+qo81573 043 04(3647x 曲+ 8157 + 15370x 注)0.893.5824.2%wc=l-wa-wb

10、 = 1-37.0%-24.2% = 38.8% pyrite fes2 <wt%=37.0 (2.5)>2 silicon oxide sio2 <wt%=24.2 (1.6)> siderite fe(co3) <wt%=38.8 (2.6)>silicon oxide=24.2%quantitative analysis from profile-fitted peaks樣品 2 的含量為 w% (fes2):w% (sio2):w% (fe (co3)=37. 0%: 24. 2%: 38. 8%3點(diǎn)、陣常數(shù)精確測(cè)定結(jié)果 從樣品1的分析結(jié)果中可以看出

11、ti02晶體為體心正方，點(diǎn)陣常數(shù)為3. 7848 x 3. 7848 x 9. 5124 <90. 0 x 90. 0 x 90. 0>tio. 92402晶體為體心正方，點(diǎn)陣常數(shù)為4. 59053 x 4. 59053 x 2. 958 <90. 0 x 90. 0 x 90. 0>從樣品2的分析結(jié)果中可以看出fes2晶體為簡(jiǎn)單立方，點(diǎn)陣常數(shù)為5. 417 x 5. 417 x 5.417 <90. 0 x 90. 0 x 90. 0>si02晶體為簡(jiǎn)單六方，點(diǎn)陣常數(shù)為4. 9134 x 4. 9134 x 5. 4052 <90. 0 x 90.

12、0 x 120. 0>fe （c03）晶體為簡(jiǎn)單六方，點(diǎn)陣常數(shù)為4. 6916 x 4. 6916 x 15. 3796 <90. 0 x90. 0 x 120. 0>六結(jié)果與討論x射線物相分析的任務(wù)是利用x射線衍射的方法，對(duì)試樣中由各種元素形的 具有固定結(jié)構(gòu)的化合物（其中包括單質(zhì)元素和固溶體）進(jìn)行定性和定量的分析。x射線衍射可以進(jìn)行物相鑒定的基本原理是任何一種結(jié)晶物質(zhì)（包括單質(zhì)元 素，固溶體和化合物）均具有特定晶體結(jié)構(gòu)（包括結(jié)構(gòu)類型，晶胞的形狀和大小， 晶胞中原子、離子或分子的種類，數(shù)目，分布）。在一定波長(zhǎng)的x射線照射下， 每種晶體物質(zhì)都給出自己特有的衍射花樣（衍射線的位置

13、和強(qiáng)度）。每一種晶體 物質(zhì)和它的衍射花樣都是對(duì)應(yīng)的，不可能有兩種晶體物質(zhì)給出完全相同的衍 射花樣。如果在試驗(yàn)中存在兩種以上不同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)時(shí)，每種物質(zhì)所特有的衍射 花樣不變，多相試樣的衍射花樣只是有它所含有的物質(zhì)的衍射花樣的機(jī)械疊加而 成。衍射方向是晶胞參數(shù)的函數(shù)（取決于晶體結(jié)構(gòu)）；衍射強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)因子函數(shù) （取決于晶胞中原子的種類、數(shù)目和排列方式）。任何一個(gè)物相都有一套d-i 特征值及衍射譜圖。因此，可以對(duì)多相共存的體系進(jìn)行全分析。x射線定量分析 的任務(wù)是，在定性相分析的基礎(chǔ)上測(cè)定多相物質(zhì)中各相的含量。定量相分析的理論基礎(chǔ)是。物質(zhì)的衍射強(qiáng)度與該物質(zhì)參與衍射的體積的正 比。對(duì)于衍射儀法，其衍射強(qiáng)度

14、為：匚£2+曲204vrhklr 2 八八這個(gè)強(qiáng)度是對(duì)單一物質(zhì)（即單相）而言的。對(duì)多相物質(zhì)而言，可以參比強(qiáng)度 法來測(cè)定重量百分比。參比強(qiáng)度法是在k值法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在運(yùn)用k 值法時(shí)可以選用某種特定的物質(zhì)作為通用內(nèi)標(biāo)物質(zhì)。由于剛玉（x-a12o3）具有非 常高的純度、很好的化學(xué)穩(wěn)定性、容易獲得以及制樣時(shí)無擇優(yōu)取向效應(yīng)而被采用。 由k值法的表達(dá)式可知，如果我們事先將所有相與通用內(nèi)標(biāo)的k值測(cè)出來，則在 測(cè)量混合物中的某相含量時(shí)，直接往樣品中加通用內(nèi)標(biāo)即可，這時(shí)可以免去每次 都要配制待測(cè)相和內(nèi)標(biāo)樣的麻煩。在pdf卡片上，有相當(dāng)多的已知相已經(jīng)測(cè)出了 參比強(qiáng)度值。當(dāng)測(cè)定這些相的相對(duì)含量時(shí)，

15、我們只要往樣品中加入通用內(nèi)標(biāo)物質(zhì)， 即可通過查卡片得到k值，直接可以求出該相的含量。當(dāng)往樣品中加入的內(nèi)標(biāo)物 質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)時(shí)（cx-a12o3） , k值法中的k值就是參比強(qiáng)度值，所以參比強(qiáng)度 法的計(jì)算方法和思維方式與k值法是一致的，區(qū)別是不需要制備混合樣品。查到 參比強(qiáng)度值后直接用下式即可算出所測(cè)相的含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析樣品1中含有tio2和tio. 92402兩種物相，其含量比為87. 2%: 12. 8%。ti02 晶體為體心正方,點(diǎn)陣常數(shù)為 3. 7848 x 3. 7848 x 9. 5124 <90. 0 x 90. 0 x 90. 0> tio. 92402 晶體為體心正

16、方，點(diǎn)陣常數(shù)為 4. 59053 x 4. 59053 x 2. 958 <90.0 x 90.0 x 90. 0>樣品2中含有fes2、si02和fe(co3)三種物相，其含量比為37. 0%: 24. 2%: 38. 8%。fes2 晶體為簡(jiǎn)單立方，點(diǎn)陣常數(shù)為 5. 417 x 5. 417 x 5. 417<90. 0 x 90. 0 x 90. 0> si02晶體為簡(jiǎn)單六方，點(diǎn)陣常數(shù)為4. 9134 x 4. 9134 x5. 4052 <90. 0 x 90. 0 x 120. 0> fe (c03)晶體為簡(jiǎn)單六方，點(diǎn)陣常數(shù)為 4. 6916 x 4. 6916 x 15. 3796 <90. 0 x 90. 0 x 120. 0>o心得體會(huì)通過這兩次的實(shí)驗(yàn)了解x射線衍射儀的工作原理、操作方法；并通過老師的 講解知道了如何制備x射線衍射實(shí)驗(yàn)的樣品。粉末樣品要求磨成320目的粒度， 約40微米。金屬樣品如塊狀、板狀、圓拄狀要求磨成一個(gè)平面，面積不小于10x10 毫米。實(shí)驗(yàn)觀摩了 x射線衍射儀，對(duì)其構(gòu)造和使用方法及實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置有感性 的認(rèn)識(shí)。對(duì)于x射線物相定性和定量分析