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材料化学 第一章 晶体学基础.ppt

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多晶衍射仪原理 (2)记录仪输出 FeTiO3,Ni滤波片 FeTiO3,石英单色器 Fe2O3,绘图仪输出 (3) 数据 2?1 2?2 … 2?n dh1k1l1 dh2k2l2 … dhnknln I1/Imax I2/Imax … In/Imax 特定的d值组 2d(hkl)sin?n = n?, n = 0,?1, ?2,… ?一定, d ? 三、多晶衍射法应用 1.物相分析 (1)主要依据 ①每种晶体物质都给出一套特征的衍射图谱。 三、多晶衍射法应用 1.物相分析 (1)主要依据 ①每种晶体物质都给出一套特征的衍射图谱。 ②多相混合物各相互不干扰,衍射图为各相的叠加。 ③完整的数据库可方便地查找。 (2)粉末衍射卡片(Powder Diffraction Files) 三个最强衍射和最大d 实验条件 结晶学数据 光学数据 化学式, 英文名称, 结构式 d, I/I1, hkl 卡片号5-0628 (3)物相鉴定的主要步骤 ①收集衍射数据,分析计算图谱,得到一组d(hkl)/n — I/Imax ②选取8个强度最大的衍射对应的d(hkl),利用索引查找数据相近的卡片号码。 (3)物相鉴定的主要步骤 ①收集衍射数据,分析计算图谱,得到一组d(hkl)/n — I/Imax ③按照卡片号码找到相应的卡片,将卡片值与实验值一一对照确定物相。 ②选取8个强度最大的衍射对应的d(hkl),利用索引查找数据相近的卡片号码。 (3)物相鉴定的主要步骤 ①收集衍射数据,分析计算图谱,得到一组d(hkl)/n — I/Imax 四、简单晶体结构的测定 1.指标化——确定各衍射的衍射指标 立方晶系比值法 对立方晶系有 代入Bragg方程得 简单整数比 h2 + k2 + l2100 110 111 200 210 211 220 300 221 简单 - 110 - 200 - 211 220 - - - 111 200 - - 220 - 体心 面心 立方P: 1 : 2 : 3 : 4 : 5 : 6 : 8 : 9… 立方I: 2 : 4 : 6 : 8 : 10 : 12 : 14 : 16… = 1 : 2 : 3 : 4 : 5 : 6 : 7 : 8… 立方F:3 : 4 : 8 : 11 : 12 : 16 : 19 : 20… (缺7, 15, 23…) (不缺) (单、双交替) 2.求出晶胞参数,计算 Z 值 3.确定所属空间群,根据等效点系,确定原子位置 五、晶胞参数的精确测定及应用 1.高角度数据提高精确度 或:(?a/a)=(?d/d)=-cot??? 当:? ? 90?, cot? ? 0 相对于同样的??, ?a ? 0 2.精确的晶胞参数可用来 (1)测Avogadro常数; (2)测热膨胀系数; (3)测固溶度, 绘制相图等。 六、晶粒度测定 一般地, 当D晶粒 200nm 时衍射峰变宽 K——数值为0.9的固定常数 B0——未宽化时衍射峰的半高宽 B——待测样品衍射峰的半高宽 例如: MgCl2 研磨前003衍射峰的半高宽0.4° 110衍射峰的半高宽0.6° 研磨后003衍射峰的半高宽1.1° 110衍射峰的半高宽1.0° 003衍射 B-B0 = 0.7° = 0.01222弧度 同样方法可算出D110=22.0nm 七、粉末衍射法测定晶体结构 1.晶体结构粉末法测定的重要性 [b] 由于易生成孪晶、包晶、生长条件苛刻等原因,很多材料的单晶生长都不容易甚至不可能。 [c] 新材料研究中最先得到的大多是多晶。用多晶粉末衍射数据测定出晶体结构,有助于研究结构和性能的关系。 [d] 粉末衍射能方便地进行高温、低温、强电磁场、高压下的实验,从而可研究物质的相变。 [a] 自然界存在的和人工合成的绝大多数固体材料是多晶体(如南开大学每年合成新络合物100~200种,仅有几种能长出单晶)。 2.晶体结构粉末法测定的可能性 用粉末衍射数据测定晶体结构是近年来国际晶体学界研究的热点。 [a] 衍射实验条件的改善,如同步辐射光源的发展; [b] 新的结构分析算法的发展; [c] 计算机计算能力的发展。 目前国际上已经可能用粉末衍射数据和从头计算方法测定单胞体积为2500?3、有200个原子参数的化合物的晶体结构。 3.粉末法测定晶体结构的步骤 拿到一个新材料的粉末衍射数据后,大致经过以下几个步骤来测定晶体结构。 但现在的粉末衍射结构分析面临很多挑战性的难题,远不是常规工作。 [a] 数据处理。 [b] 指标化。 [c] 空间群分析。 [d] 确定
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