【文章內(nèi)容簡介】 外，當(dāng)吸收系數(shù)大的樣品，參加衍射的晶粒數(shù)減少，也會使重現(xiàn)性變差。因此在選擇參比物質(zhì)時，盡可能選擇結(jié)晶完好，晶粒小于 5μm，吸收系數(shù)小的樣品。 ? 一般可以采用壓片，膠帶粘以及石蠟分散的方法進(jìn)行制樣。由于 X射線的吸收與其質(zhì)量密度有關(guān)，因此要求樣品制備均勻，否則會嚴(yán)重影響定量結(jié)果的重現(xiàn)性。 2022/9/82022年 6月 7日星期五 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室 34 X射線衍射分析 ? XRD物相定性分析 ? 物相定量分析 ? 晶粒大小的測定原理 ? 介孔結(jié)構(gòu)測定； ? 多層膜分析 ? 物質(zhì)狀態(tài)鑒別 2022/9/82022年 6月 7日星期五 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室 35 晶粒大小的測定原理 ? 用 XRD測量納米材料晶粒大小的原理是基于衍射線的寬度與材料晶粒大小有關(guān)這一現(xiàn)象。 ? 利用 XRD測定晶粒度的大小是有一定的限制條件的，一般當(dāng)晶粒大于 100nm以上，其衍射峰的寬度隨晶粒大小的變化就不敏感了；而當(dāng)晶粒小于 10nm時，其衍射峰隨晶粒尺寸的變小而顯著寬化 ； ? 試樣中晶粒大小可采用 Scherrer公式進(jìn)行計(jì)算 2022/9/82022年 6月 7日星期五 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室 36 ? ?是入射 X射線的波長 ? ?是衍射 hkl的布拉格角 ? ?hkl是衍射 hkl的半峰寬，單位為弧度。 ? 使用 Scherror公式測定晶粒度大小的適用范圍是 5 nm ? 300 nm。 ?????co sNdDhklhklhkl2022/9/82022年 6月 7日星期五 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室 37 小角 X射線衍射測定介孔結(jié)構(gòu) ? 小角度的 X射線衍射峰可以用來研究納米介孔材料的介孔結(jié)構(gòu)。這是目前測定納米介孔材料結(jié)構(gòu)最有效的方法之一。 ? 由于介孔材料可以形成很規(guī)整的孔，所以可以把它看做周期性結(jié)構(gòu)，樣品在小角區(qū)的衍射峰反映了孔洞周期的大小。 ? 對于孔排列不規(guī)整的介孔材料，此方法不能獲得其孔經(jīng)周期的信息。 2022/9/82022年 6月 7日星期五 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室 38 多層膜的研究 ? 在納米多層膜材料中，兩薄膜層材料反復(fù)重疊，形成調(diào)制界面。當(dāng) X射線入射時，周期良好的調(diào)制界面會與平行于薄膜表面的晶面一樣，在滿足布拉格方程時，產(chǎn)生相干衍射。 ? 由于多層膜的調(diào)制周期比一般金屬和小分子化合物的最大晶面間距大得多，所以只有小周期多層膜調(diào)制界面產(chǎn)生的X射線衍射峰可以在小角度區(qū)域中觀察到。 ? 對制備良好的小周期納米多層膜可以用小角度 XRD方法測定其調(diào)制周期。 2022/9/82022年 6月 7日星期五 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室 39 物質(zhì)狀態(tài)的鑒別 ? 不同的物質(zhì)狀態(tài)對 X射線的衍射作用是不相同的，因此可以利用 X射線衍射譜來區(qū)別晶態(tài)和非晶態(tài)。 不同材料狀態(tài)以及相應(yīng)的 XRD譜示意圖 2022/9/82022年 6月 7日星期五 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室 40 納米材料研究中的 XRD分析 ? TiO2納米材料晶粒大小測定 1. 對于 TiO2納米粉體，衍射峰 2θ為 176。 ，為 101晶面。 2. 當(dāng)采用 CuKα，波長為 ，衍射角的 2θ為 176。 ，半高寬為 176。 ，一般 Sherrer常數(shù)取 。 3. 根據(jù) Scherrer公式，可以計(jì)算獲得晶粒的尺寸。 4. D101＝ Kλ/B1/2cosθ＝ 、（ ）＝ nm。 2022/9/82022年 6月 7日星期五 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室 41 納米 TiN/AlN薄膜樣品的 XRD譜 1. 對于 S2樣品在 2θ=176。 時出現(xiàn)明銳的衍射峰，根據(jù) Braag方程，可計(jì)算出其對應(yīng)的調(diào)制周期為 ； 2. 而對于 2θ=176。 ，調(diào)制周期為 ； 3. 分別與其設(shè)計(jì)周期 2nm和 2022/9/82022年 6月 7日星期五 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室 42 介孔結(jié)構(gòu)測定 六方孔形 MCM41 密堆積排列示意圖 合成產(chǎn)物的 XRD圖譜 2022/9/82022年 6月 7日星期五 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室 43 單層分散研究 圖 21在 TiO2載體表面負(fù)載不同含量CuO的納米催化劑的 XRD譜 圖 22 XRD測定 CuO在 TiO2載體表面的單層分散閾值 2022/9/82022年 6月 7日星期五 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室 44 激光拉曼物相分析 ? 當(dāng)一束激發(fā)光的光子與作為散射中心的分子發(fā)生相互作用時，大部分光子僅是改變了方向，發(fā)生散射，而光的頻率仍與激發(fā)光源一致，這中散射稱為瑞利散射。 ? 但也存在很微量的光子不僅改變了光的傳播方向，而且也改變了光波的頻率，這種散射稱為拉曼散射。其散射光的強(qiáng)度約占總散射光強(qiáng)度的 10－ 6～ 10－ 10。 ? 拉曼散射的產(chǎn)生原因是光子與分子之間發(fā)生了能量交換，改變了光子的能量。 2022/9/82022年 6月 7日星期五 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室 45 拉曼活性 ? 在固體材料中拉曼激活的機(jī)制很多，反映的范圍也很廣：如分子振動，各種元激發(fā)（電子，聲子，等離子體等），雜質(zhì)，缺陷等 ? 晶相結(jié)構(gòu)，顆粒大小，薄膜厚度，固相反應(yīng)，細(xì)微結(jié)構(gòu)分析，催化劑等方面 2022/9/82022年 6月 7日星期五 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室 46 Raman光譜可獲得的信息 Raman 特征頻率 材料的組成 MoS2, MoO3 Raman 譜峰的改變 加壓 /拉伸狀態(tài) 每 1%的應(yīng)變， Si產(chǎn)生1 cm1 Raman 位移 Raman 偏振峰 晶體的對稱性和取向 用 CVD法得到 金剛石顆粒的取向 Raman 峰寬 晶體的質(zhì)量 塑性變形的量 2022/9/82022年 6月 7日星期五 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室 47 晶粒度影響 ? 利用晶粒度對 LRS散射效應(yīng)導(dǎo)致的位移效應(yīng)，還可以研究晶粒度的信息 晶粒度影響 2022/9/82022年 6月 7日星期五 清華大學(xué)化學(xué)系材料與表面實(shí)驗(yàn)室 48 金屬絲網(wǎng)負(fù)載薄膜光催化劑 TiO2薄膜晶體結(jié)構(gòu) ? 145 cm1, 404 cm1, 516 cm1, 635 cm1 是銳鈦礦的 Raman峰； ? 228 cm1, 294 cm1是金紅石的 Raman峰； ? 在超過 400℃ 后，有金紅石相出現(xiàn)； 500 1000 0 20220 40000 S u b / 4 0 0 ℃ T i O2/ 3 0 0 ℃ T i O2/ 4 0 0 ℃ T i O2/ 5 0 0 ℃ T i O2/ 6 0 0 ℃ 145 228 294 404 516 635 Intensity (Arb. Units) R a m a n S h i f t / cm– 1 200 800 2022/9/82022年 6月 7日