炭素材料科学基础 炭素材料科学基础 XRD.ppt

1.2 X射线衍射法（XRD） 借助X射线衍射仪，利用微晶对X射线的衍射效应，获得试样的衍射图----衍射强度与衍射角的关系图。 X射线衍射分析是确定物质的晶体结构、物相的定性和定量分析、精确测定点阵常数、研究晶体取向等的最有效最准确的方法。 ３．XRD测量原理 借助X射线衍射仪，利用微晶对X射线的衍射效应，获得试样的衍射图----衍射强度与衍射角的关系图。 从衍射图可以获得的信息 1 )定性判断是否存在结晶 2 )定量测定结晶度 3 )计算各晶面间距及平均晶粒尺寸 4 )判断晶型并测定某种晶型含量 5 )判断样品中是否存在微晶取向 6 ) 测定微晶单轴取向指数 7 )常规物相鉴定 记录X射线的方法 照相法 衍射仪法 I 2θ/o XRD在聚合物研究中的应用 １．进行物相分析 **化学组成相同，化学结合状态或聚集态不同的物质物相不相同。如同样是SIO2，由于聚集态不同，可形成无定型硅胶、晶态石英、白硅石等。 **一般化学分析是分析组成物质的元素种类及含量 **物相分析则能给出元素间化学结合的状态和物质的聚集态结构 由于每一种晶体都有它特定的结构，不可能有两种晶体的晶胞大小、形状、晶胞中原子的数目和位置完全一样，因此晶体的粉末图就像人的指纹一样各不相同，即每种晶体都有它自己的d和I／Ｉ１的数据。(d为晶面间距，与晶胞的形状和大小有关，I／Ｉ１为反射线的相对强度，与质点的种类及其在晶胞中的位置有关 由于衍射线的分布和强度与物质内部的结构有关，因此，根据粉末图得到的d和I／Ｉ１数据，查对PDF卡片,就可鉴定未知晶体，进行物相分析． Powder Diffraction File(PDF卡) JCPDS-Joint Committee of Powder Diffraction Standard) 汇集了五万多种晶体的X射线粉末数据,其中包括50多种聚合物. 物相分析是ＸＲＤ最重要的应用． ２.定性判断结晶与取向 由照片判断 由衍射谱图判断 由照片判断 非晶无取向：弥散环 非晶取向：赤道线上的弥散斑 结晶无取向：系列同心圆环（德拜环） 结晶取向：系列对称弧 结晶高度聚向：对称斑点 由衍射仪判断 “宽隆峰”：为无定型； “尖锐”峰：表明存在结晶或近晶，峰越尖锐则结晶越完善 无定型 结晶 部分结晶 ３.结晶度测定 I Sa Sc 2θ 结晶度：是指物质或材料中晶态部分占总体的质量或体积百分比 ４.晶粒尺寸测定 微晶尺寸在0-1000nm时，可以用谢乐（Scherrer）公式计算晶粒尺寸 D ：所规定晶面族法向的晶粒尺寸（晶粒线度）； ? : x射线波长 B：半峰宽（因晶粒尺寸造成的衍射峰增宽量） K = 0.9 2? 2? 强 度 Im Im/2 B 晶粒无限大时 晶粒尺寸有限时 2θ 2θ I I 4.鉴别 鉴别结晶性聚合物 区别同种结晶性聚合物的不同晶型 单轴取向指数测定 三种硫磺样品的晶型比较 硫磺结晶越完善，其熔点越高，在橡胶硫化过程中硫化效果好． 国产硫磺不如进品硫磺晶体完善 5 X射线探伤（透视） 是利用X射线的穿透性，对吸收体（材料或生物体）进行无损检验的一种方法。 若被检验的物质中存在气泡、裂纹、或生物体中的病变时，这些部位对X射线的吸收各不相同，因此，在透射方向的感光底片上便出现阴影，根据阴影可判断出物质内部缺陷的部位和性质。 缺陷的厚度仅为吸收体厚度的1%时，即可被检验出来。 实例１：无机/有机纳米插层复合物 纳米复合材料 分散相的尺寸至少有一维在纳米数量级（＜100nm） 蒙脱土：片状硅酸盐，层厚约1nm，层表面具有过剩的正电荷如Ｋ+、Ｃａ2+、Ｍｇ2+、Ｃｓ+ 。 易与有机或无机阳离子交换得到离子型粘土，导致层间距增大。 聚合物/蒙脱土纳米复合材料(PLSN) 在微观上由纳米级聚合物层与纳米级粘土层形成周期交替的“插层”结构。 PLSN特性：高耐热性　高强度 高模量　高气体阻隔性 　 低膨胀系数 广泛地应用于航空, 汽车, 家电, 电子等 　行业作为新型高性能塑料。 PLSN种类 Nylon6/MMT PP/MMT PS/MMT PET/MMT PBT/MMT XRD研究插层结构 d1 d2 蒙脱土 聚合物链 纳米插层材料衍射角及晶面间距的变化 Bragg衍射公式： 晶面间距： 变大 衍射角： 变小 2d sinθ=λ PP-g-MMT/MMT sample 2 θ/。 d/nm MMT PP-g-MMT/ MMT =100:10 4.66 2.10 1.90 4.01 实例２：玉石的鉴别 结 束 * 和 X射线衍射分析(X