XRD测结晶度 (1)
XRD定量分析方法
XRD定量分析方法高聚物晶体X射线衍射大的结晶聚合物单晶（0.1mm以上，除蛋白质外）很难得到，一般采用多晶或单轴、双轴聚向聚合物材料样品。
随着2θ增大，衍射斑点增宽，强度下降,衍射峰主要出现在30°以下的低角区。
由于晶粒尺寸很小（一般小于30nm），结晶不完善，衍射图较弥散，谱线复杂。
聚合物大多属于低级晶系，要确定晶体结构较困难。
XRD主要用于鉴别高聚物的晶态和非晶态、借助标准图谱或数据（数量较少）确定晶型、估计结晶度和晶粒大小。
物相的定量分析定量分析是基于衍射线的相对强度与物相含量之间的关系。
依据是：衍射线强度随着相含量的增加而提高。
但由于各物相的吸收系数不同，使衍射强度Ij 并不严格正比于各相的含量xj，故须加以修正。
X射线衍射分析是物相定量分析的一个重要手段。
基本原理设试样是由n个相组成的混合物，其线吸收系数为μ，则其中j相的HKL晶面衍射线强度为：由于各物相的μl不相同，含量改变μ也会改变。
假设j相的体积分数为fj，试样被照射的体积V为单位体积，则：当混合物中j相含量改变时，强度公式中除f j和μ外，其余各项为常数（即与j相含量无关），合并记为Cj。
则j相某根衍射线的相对累积强度I j为：若以质量分数表示含量：质量吸收系数，故定量分析就是基于这种衍射线相对强度与物相含量的关系。
外标法又称单线条法、直接对比法。
这种方法只需测定n相混合物样品中待测相j某根衍射线的强度，并与纯j相的同一根衍射线的强度比较，即可确定样品中j相的相对含量。
混合物样品中j相某根衍射线的强度Ij为，而纯j相试样的某根衍射线的强度(Ij )o为，由此可得，其中，显然当相数较多时要求得μm有困难，但对于两相混合物有，因此，若知道两相的吸收系数，即可由上式求出含量。
若μm1和μm2未知，欲测混合物的相含量时，需要用纯1和2物相配制一系列不同质量分数的样品，以及一个纯1相样品。
在完全相同的条件下，分别测定各个样品中1相的同一根衍射线的强度，然后以相对强度比I 1/(I 1)0和含量x 1作图，从而绘出标准曲线。
XRD
性质：具有很强的穿透能力，能使照片感光，空气电离。
1.1 X-射线衍射简介（续）
发现的X射线是什么呢？人们初步 认为是一种
电磁波，于是想通过光栅来观察它的衍射现象，但 实验中并没有看到衍射现象。原因是X射线的波长 太短，只有一埃（1Å）。
1912年德国物理学家劳厄想到了这一
点，去找普朗克老师，没得到支持， 去找正在攻读博士的索末菲，两次实
D
k
cos
式中： D-所规定晶面族法线方向的晶粒尺寸 θ-所规定晶面族产生衍射时，入射线与 该族晶面之间的夹角 β-因晶粒尺寸减小造成的衍射峰增宽量 λ-单色入射X射线波长
如同“指纹”成为识别物相的标记。
(3)混合物相的谱图是各组分相分别产生衍射或
散射的简单叠加。
1.2.1 物相分析（续） 工作程序： 实验得到样品的衍射图，然后将之与已知物相
在相同实验条件下的衍射图直接比较，根据峰位，
相对强度，样品结构已知信息等判别待定物相。 实验得到待定样品衍射图，求出各衍射峰对应 的面间距di，然后结合各峰相对强度Ii/I0及试样结构 已知信息等，在汇编标准（PDF卡）中用di- Ii/I0，
第一章 X-射线衍射
学习要求： 了解X-射线衍射技术的发展与基本原理 掌握运用X-射线衍射技术测定聚合物材料的物
相、结晶度
了解运用X-射线衍射技术测定聚合物材料的晶
粒尺寸以及微晶取向等结构性质
1.1 X-射线衍射简介（续）
1895年伦琴发现用高速电子冲击固体时，有一
种新射线从固体上发出来。
阴级
+
阳级
实际计算公式：
X
c
1.2.2 结晶度测定（续）
例
1.2.3 晶体取向测定 多晶材料中，微晶的取向是形态结构的一个方 面，也是影响材料物理性能的重要因素。
xrd在高分子材料中的运用
xrd在高分子材料中的运用
X射线衍射法（XRD）在高分子材料领域有着广泛的应用，主要用于以下几个方面：
1.结晶度和晶型分析：XRD可以测定高分子材料的结晶度，即结晶部分所占
的比例。
此外，通过分析衍射花样，还可以确定高分子材料的晶型，即高分子链在晶体中的排列方式。
2.分子量和分子量分布：XRD可以结合其他方法，如光散射法，来测定高分
子材料的分子量和分子量分布。
通过分析散射强度和散射角度的关系，可以得到分子量和分子量分布的信息。
3.取向和取向分布：XRD可以用于研究高分子材料的取向和取向分布，即在
制造过程中高分子链的排列方向以及不同方向的分子数目。
4.杂质和污染物分析：XRD可以用于检测高分子材料中的杂质和污染物，如
增塑剂、颜料等。
通过分析衍射花样和计算杂质的衍射强度，可以确定杂质的种类和含量。
5.相结构和相变行为：XRD可以用于研究高分子材料的相结构和相变行为，
如晶体、非晶态和多相态的结构特点以及相变过程中的能量变化。
总之，XRD在高分子材料领域具有广泛的应用价值，可以用于研究高分子材料的结构、性能和加工过程，为高分子材料的设计、生产和应用提供重要的技术支持。
纳米TiO2的XRD谱图分析2
化学化工学院材料化学专业实验报告实验名称：纳米TiO2的XRD谱图分析年级：2010级日期：2012年9月12日姓名：学号：一、预习部分(一)XRD介绍1、关于XRDXRD即X-ray diffraction 的缩写，X射线衍射，通过对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。
X射线是一种波长很短(约为20～0.06埃)的电磁波，能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。
在用电子束轰击金属“靶”产生的X射线中,包含与靶中各种元素对应的具有特定波长的X射线，称为特征（或标识）X射线。
X射线是原子内层电子在高速运动电子的轰击下跃迁而产生的光辐射，主要有连续X射线和特征X射线两种。
晶体可被用作X光的光栅，这些很大数目的原子或离子/分子所产生的相干散射将会发生光的干涉作用，从而影响散射的X射线的强度增强或减弱。
由于大量原子散射波的叠加，互相干涉而产生最大强度的光束称为X射线的衍射线。
满足衍射条件，可应用布拉格公式：2dsinθ=nλ。
应用已知波长的X射线来测量θ角，从而计算出晶面间距d，这是用于X射线结构分析；另一个是应用已知d的晶体来测量θ角，从而计算出特征X射线的波长，进而可在已有资料查出试样中所含的元素。
2、X 射线衍射相分析方法定性分析原理根据衍射数据d hkl和值I值，将数据按强度I/I1归一化处理。
根据d hkl测得的和相对强度I/ I1与国际粉末衍射标准联合会(JCPDS) 收集发行的粉末衍射图谱集卡片相对照，符合者可以断定这个未知样品就是卡片上注明了结构和名称的物质。
定量分析（1）单线条法（外标法、直接对比法）：测量混合样品中欲测相（A相）某根衍射线的强度并与纯A相同一条强度对比，既可定出A相在混合样品中的相对含量A相的质量分数：W A=I A/(I A)0（2）内标法：分析谱图，确定待测试样中含有的多个物相，根据各相的质量吸收系数不同，先完成工作曲线，确定混合物中的不同组分的含量，根据工作曲线则可以测得其中组分的含量。
X射线衍射仪技术XRD
X射线衍射仪技术（XRD）1、X射线衍射仪技术（XRD）X射线衍射仪技术(X-ray diffraction, XRD)。
经过对材料进行X射线衍射, 分析其衍射图谱, 取得材料成份、材料内部原子或分子结构或形态等信息研究手段。
X射线衍射分析法是研究物质物相和晶体结构关键方法。
当某物质(晶体或非晶体)进行衍射分析时,该物质被X射线照射产生不一样程度衍射现象,物质组成、晶型、分子内成键方法、分子构型、构象等决定该物质产生特有衍射图谱。
X射线衍射方法含有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到相关晶体完整性大量信息等优点。
所以,X射线衍射分析法作为材料结构和成份分析一个现代科学方法,已逐步在各学科研究和生产中广泛应用。
2. X射线衍射仪技术（XRD）可为用户处理问题（1）当材料由多个结晶成份组成, 需区分各成份所占百分比, 可使用XRD物相判定功效, 分析各结晶相百分比。
（2）很多材料性能由结晶程度决定, 可使用XRD结晶度分析, 确定材料结晶程度。
（3）新材料开发需要充足了解材料晶格参数, 使用XRD可快捷测试出点阵参数, 为新材料开发应用提供性能验证指标。
（4）产品在使用过程中出现断裂、变形等失效现象, 可能包含微观应力方面影响, 使用XRD能够快捷测定微观应力。
（5）纳米材料因为颗粒细小,极易形成团粒,采取通常粒度分析仪往往会给犯错误数据。
采取X射线衍射线线宽法(谢乐法)能够测定纳米粒子平均粒径。
3. X射线衍射仪技术（XRD）注意事项（1）固体样品表面＞10×10mm, 厚度在5μm以上, 表面必需平整, 能够用几块粘贴一起。
（2）对于片状、圆拄状样品会存在严重择优取向, 衍射强度异常, 需提供测试方向。
（3）对于测量金属样品微观应力（晶格畸变）, 测量残余奥氏体, 要求制备成金相样品, 并进行一般抛光或电解抛光, 消除表面应变层。
（4）粉末样品要求磨成320目粒度, 直径约40微米, 重量大于5g。
结晶结构分析
结晶结构分析结晶结构分析（X-ray diffraction, XRD）是一种广泛应用于研究不同物质的结晶结构的实验技术。
它基于X射线在晶体中的衍射现象，通过测量衍射图案中的衍射角和衍射峰的强度来揭示晶体中原子的排列方式和晶格结构。
结晶结构分析在材料科学、地球科学、生物科学等领域扮演着重要的角色，并为新材料的开发和性能优化提供了重要的指导。
进行XRD实验的关键是使用合适的X射线源和探测器。
通常使用的X射线源是X射线管，其工作原理是通过在管内加热电子来产生X射线。
不同的X射线管可产生不同波长的X射线，常用的是CuKα射线。
这是因为CuKα射线具有适中的能量和较高的强度，可用于大多数晶体的分析。
探测器方面，最常用的是台式X射线衍射仪，其工作原理是将样品表面的衍射X射线通过一条光束传输到探测器上，然后通过电子信号转换成衍射图案。
对于进行XRD实验的样品，需要将其制备成粉末或单晶形式。
粉末形式的样品通常需要进行研磨和退火处理，以获得均匀的衍射图案。
单晶样品则需要通过化学方法或物理方法生长出来，以保证单晶质量。
XRD实验的基本步骤包括样品的制备、衍射图案的测量和数据的分析。
在测量过程中，首先需要将样品放置在X射线束下，通过旋转样品和探测器的方式来收集衍射数据。
然后根据收集到的数据计算出衍射角和衍射峰的强度。
最后，根据衍射数据以及结晶学的原理，使用特定的计算方法进行结构分析。
根据XRD实验收集到的衍射数据，可以得到样品的衍射图案，即衍射角与衍射峰强度的图像。
根据布拉格方程（nλ=2dsinθ），可以根据衍射角的数值反推出晶格的间距d。
而不同晶面的衍射峰位置和强度可以提供晶体的晶格结构信息。
根据这些信息，可以进一步推导出晶体中原子的排列方式，包括晶胞参数、原子位置和占据率等。
这些结构分析结果可以帮助科学家进一步了解物质的物理性质和化学性质，从而为材料科学、地球科学和生物科学的研究提供重要的依据。
总之，结晶结构分析是一种重要的实验技术，通过衍射数据的测量和分析，可以揭示晶体中原子的排列方式和晶格结构。
xrd中d的计算公式
xrd中d的计算公式X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）是一种强大的实验手段，用于研究物质的结构、晶体定向、晶体大小和结晶度等性质。
在XRD实验中，我们经常使用布拉格公式来计算晶格常数和结晶度等相关参数。
本文将详细介绍XRD中的计算公式以及其应用。
1.布拉格公式：布拉格公式是X射线衍射的基础公式，它描述了当X射线入射于晶体表面时，所产生的衍射现象。
布拉格公式可以表示为：nλ = 2dsinθ其中，n为整数，代表不同的衍射阶次；λ为X射线波长；d为晶格平面的间距；θ为入射X射线与晶面的夹角。
2.晶格常数计算：晶格常数是晶体的重要参数之一，它表示相邻晶面之间的距离。
在XRD实验中，可以通过布拉格公式计算出晶格常数。
假设我们已经测得了其中一衍射峰的入射角θ和对应的衍射阶次n，那么晶格常数可以通过以下公式计算：d = λ / (2sinθ)其中，d为晶格平面的间距，λ为X射线波长，θ为入射X射线与晶面的夹角。
3.结晶度计算：结晶度是描述晶体内部有序程度的参数，它可以通过XRD实验中衍射峰的强度来计算。
结晶度的计算公式如下：Xc = (Ihkl / I0) * K其中，Xc为结晶度百分比，Ihkl为其中一晶面（hkl）的衍射峰强度，I0为非衍射峰的强度，K为一常数（通常为1）。
4.多晶度计算：多晶度是描述晶体中晶粒的大小分布的参数，它可以通过XRD实验中的拉曼峰（Rocking Curve）进行计算。
多晶度计算的公式如下：σ^2 = [(β^2) / (Δθ^2)] * [(λ / b) * (cosθ)]其中，σ^2为多晶度参数，β为拉曼峰的半高宽，Δθ为拉曼峰的全宽度，λ为X射线波长，b为X射线的发散角，θ为晶体的倾斜角。
5.晶格畸变计算：晶格畸变是描述晶体晶格参数与理论值之间差异的参数，它可以通过比较实验值和标准值之间的差异来计算。
晶格畸变的计算公式如下：Δd/d=[(d-d0)/d0]其中，Δd为实验值和标准值之间的差异，d为实验值，d0为标准值。
XRD
XRD(X-ray diffraction ) ——X射线衍射❖X射线❖X射线衍射原理❖X射线衍射测量方法❖图谱分析及应用XRD简介通关对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构、形态等信息。
XRD可以进行物相的定性和定量分析、晶格参数的精确测定、晶粒大小、微观应力分析、单晶定向以及晶体缺陷等方面研究。
一X射线1.发现：1895年伦琴发现用高速电子冲击固体时，有一种新射线从固体上发出来。
X射线的本质X射线也是电磁波的一种，波长在10－8cm左右(1) 波动性0.01~100 Å(2) 粒子性2.X射线的性质❖1）物理作用，使某些物质发出荧光—可见光，用于荧光摄影:如X-射线透视。
❖2）可穿透物体。
穿透力与物质的原子序数有关。
同一波长的X-射线，对原子序数低的物质穿透力强，对原子序数高的物质穿透力弱。
❖3）可引起化学反应，使照相胶片感光，用于X-射线摄影。
❖4）可在生命组织中诱发生物效应，用作治疗。
❖5）使物质的原子电离和激发，使气体导电。
3.X射线的产生及X射线管X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。
二X射线衍射原理1.X射线衍射的原理X射线在传播途中，与晶体中束缚较紧的电子相遇时，发生经典散射。
各电子所产生的经典散射线会相互干涉，使在某些地方被加强，另一些地方被减弱。
电子散射线干涉的总结果被称为衍射。
2.晶体衍射基础公式布喇格定律：2d sinθ=nλd为晶面间距；θ是入射线与晶面的夹角，称为掠射角或布拉格角，入射线与衍射线之间的夹角为2θ，称为衍射角；λ为X射线的波长，n为任何正整数，又称衍射级数。
应用：⑴结构分析（衍射分析）用已知波长的X射线去照射未知结构的晶体，通过衍射角的测量求得晶体中各晶面间距d，从而揭示晶体的结构。
用已知面间距的晶体来反射从样品中发射出来的X射线，通过衍射角测量可以求得X射线的波长，确定试样的组成元素和进行光谱结构的研究。
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利用Ｘ射线衍射法测量木材的结晶度和微纤丝角
引言
本实验目的为
（1）了解木材纤维素中晶区和非晶体的存在。
（2）用X射线衍射仪（θ-2θ联动法）测定木材纤维素相对结晶度。
1.实验原理
纤维素是碳水化合物，其分子含大量糖单元，其分子式为（C12H10O5）n，n值非常大，称为聚合度。
众多C6H10O5糖均成纤维素链状大分子,这些链状大分子结合成束,形成丝状的基本纤丝,由基本纤丝构成微纤丝。
微纤丝中由于链状大分子有规则的,平行排列就形成纤维素的晶区,不完全平行的构成亚晶区,无规则排列构成无定形区域。
纤维素的晶胞为单斜晶体, 如图（1)。
其中a=0.835nm, b=1.03nm. c=0.79nm,β=84°, (C6H10O5)分子所在平面基本上平行于(001)面。
所谓(u,v,w)面是描写阵面取向的符号，通常称为密勒指数。
密勒指数是这样定义的:点阵面与晶轴的截距的倒数。
例如(hkI)面,它表示与a轴
相交的截距为a
ℎ，与bc轴的截距分别是b
k
,c
l。
为了使大家进一步熟悉，图二绘出
某些点阵面,以供练习。
为了对晶区和非晶区的比例作定量描述,提出结晶度的概念。
结晶度定义为结晶
部分的重量（或体积)与总重量（或体积)之比即:
结晶度=W c(或V c/ (W a+W c)(或V a+V c)
式中W表示重量,V表示体积，下标c表示结晶,a表示非晶。
由于高聚物晶区与非晶区界不明确，因此很准确地说品区含量多少，是很困难的。
目前测量结晶度的方法很多，例如密度法，红外光谱法、量热法等，不同方法对同一对象测得结果不一样。
木材由于除了有纤维素外，还含有半纤维素和木素，这样结晶度的概念就更加模糊,因此我们引入相对结晶度的概念。
用x射线衍射测木材纤维相对结晶度的方法如下：将木粉样品放至样品架，用θ-20连动，扫描测出2θ—强度曲线，曲线形状如图(三)(a)，曲线(a)的最高峰位置为2θ=22.6°,在35°附近有一个小峰是（040)面的衍射强度, 衍射曲线(a)是纤维素中晶区和非晶区共同作用结果。
如何由此衍射曲线求现相对结晶度,一般有两种方法:
(1)找出非晶区的衍射曲线，如图三中(b),用曲线（a)（b)间的面积差比曲线（a)
下的面积表示相对结晶度。
C,I=曲线(a)下的面积−曲线(b)下的面积
曲线(a)下的面积
但是曲线（b)的获得是比较困难的，因为很难找一个纯无定形的样品,另一种方法是从数字上考虑,这一点不在这里讲了,请参考有关文献。
(2)Segal 法和Turley法，如图5。
在扫描曲线上2θ=22°附近有（002）衍射的极大峰值，2θ=18°附近有一极小值。
据此,计算纤维素相对结晶度的数值,计算公式如下:
C,I=I002−I am
I002
%
C,I%为相对结晶度的百分率:I002为(002)品格衍射角的极大强度（任意单位）;Iam与I002单位相同,代表20角近于18°时,非结晶背景衍射的散射
强度.
Turlev法,在6°和32°附近画一直线．与衍射强度曲线最低两点相切，以除去背景。
本实验采用Turley法。
2.材料与方法
2.1 实验仪器和样品
仪器为X-2000衍射仪，样品为杉木
2.2 结晶度的测定和计算
XRD 参数设置:6°-40°
3.实验步骤
1．将木材剪切成木粉、并用80目筛筛选。
2．调节广角测角仪,具体步骤见X-2000衍射仪说明书。
3．将木粉压片装入样品架，进行θ-2θ连动扫描、扫描范围3°--36°，采用Cu靶x射线管,镍滤波片,存储所得结果。
4．将木粉球磨后再进行测量。
5．将球磨后的木粉煮沸后再进行测量。
4.数据和结果
I002=3346-1000=2346
I am=2279-1000=1279
%=1279/2346=54.51%
C,I=I002−I am
I002
样品结晶度为54.51%
5.讨论
比较原木粉,球磨后木粉,水煮木粉的测量结果。