XRD图谱衍射峰的峰高、峰宽和峰面积分别表示什么?

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XRD图谱衍射峰的峰高、峰宽和峰面积分别表示什么?

2024-07-14 11:19| 来源: 网络整理| 查看: 265

X射线衍射(XRD)图谱中的衍射峰提供了有关样品晶体结构和晶体学信息的重要数据。在分析XRD图谱时,通常会关注衍射峰的峰高、峰宽和峰面积,它们分别表示以下内容:

峰高(Peak Height):

峰高指的是衍射峰的最大强度,通常用来表征样品中特定晶面的取向或存在的数量。峰高越高,表示相应晶面的衍射强度越强,或者该晶面在样品中的数量越多。

峰宽(Peak Width):

峰宽反映了样品中晶体的结晶性能以及X射线衍射仪器的分辨能力。峰宽主要受到晶体大小、缺陷、应力等因素的影响。一般来说,峰宽较窄表明晶体结晶度高,反之则可能表示晶体质量较差或晶体中存在应力或缺陷。

峰面积(Peak Area):

峰面积是指衍射峰下的面积,是峰高和峰宽的乘积。峰面积可以用来估算样品中相应晶面的数量或者相对含量,因为它反映了该峰所包含的总强度。峰面积通常比峰高更准确地表征了样品中某种晶面的存在量,因为它考虑了整个峰的强度分布。

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谱峰解读

峰位置、峰宽度以及峰强度可以称为X射线衍射谱图的三大要素。

对于峰位置的分析,我们主要是根据布拉格定律:2dsinθ=nλ来确定,对于普通的衍射仪来讲,一般采用铜靶,其波长为确定值约为0.154nm,每一种光源的靶材不同其对应的波长也不同。各靶材特征X射线的波长和激发电压如下:

下面列出了几种常见元素的特征X射线波长及其激发电压(即产生这些特征X射线所需的最小加速电压)。特征X射线主要分为Kα和Kβ线,对应不同的电子跃迁。

元素Kα波长(Å)Kβ波长(Å)激发电压(kV)钠(Na)11.10510.2061.07镁(Mg)9.8908.4181.25铝(Al)8.3407.0921.50硅(Si)7.1266.6511.74磷(P)6.1515.4692.01硫(S)5.3734.9462.29氯(Cl)4.7294.4352.62钙(Ca)3.3593.0633.69钛(Ti)2.7482.5194.96钒(V)2.4402.2615.47铬(Cr)2.2912.0845.99锰(Mn)2.1031.9356.54铁(Fe)1.9371.7567.11钴(Co)1.7901.6207.71镍(Ni)1.6581.5008.32铜(Cu)1.5411.3928.98锌(Zn)1.4361.3079.66锆(Zr)0.7870.72315.75钼(Mo)0.7100.63217.48说明:

Kα波长:表示从L壳层跃迁到K壳层产生的特征X射线波长。

Kβ波长:表示从M壳层跃迁到K壳层产生的特征X射线波长。

激发电压:表示为了产生特征X射线所需的最小加速电压。

d值代表晶面的间距,每一种结晶物质都具有晶胞,各种晶面就组成了一个三维立体的晶胞结构,这样每一种结晶物质都具有自己的一幅特征谱图,这时候我们就可以根据X射线衍射仪测定的谱图来确定物质的成分。当晶胞被一些外界因素改变,例如掺杂,固溶体,应力变化,弛豫,缺陷等等导致晶面发生变化及晶面间距发生改变,这时候衍射峰的位置即发生变化。我们通过对这样的峰位偏移分析即可得出相应的结论,来验证我们对材料改性是否成功。

峰宽度一般用半高宽度来衡量,在软件里一般缩写为(FWHM),峰宽度可用于分析材料的结晶度,晶粒大小等等,在电池领域磷酸铁锂材料测试中,峰的半高宽是衡量材料质量的一个关键参数。再比如在半导体领域,外延生长的单晶薄膜我们可通过测定其摇摆曲线来获得半高宽参数,从而评估单晶薄膜的结晶质量。当出现如上图中的粉红色部分的大鼓包,也称为馒头峰时,我们可以判定材料中含有非晶成分,未结晶的物质。

峰强度一般指谱峰的面积,用于分析材料的含量,在对测试的谱图进行全谱拟合结构精修以后,我们可以得到在一份多相混合的材料中各个物相的含量,用于材料的定量分析,该方法相比于RIR法等半定量的方法更为可靠。根据峰面积的积分强度与材料的含量关系,我们除了可以做定量分析,还可做结晶度的分析。

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