主题:【第六届原创】【原创】单晶劳埃衍射谱拟合分析一步步讲解::Step by step fitting of Laue diffraction data of single crystals

浏览0 回复25 电梯直达
大陆
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
该帖子已被xujun16设置为精华;
维权声明:本文为handsomeland原创作品,本作者与仪器信息网是该作品合法使用者,该作品暂不对外授权转载。其他任何网站、组织、单位或个人等将该作品在本站以外的任何媒体任何形式出现均属侵权违法行为,我们将追究法律责任。
引言:
    跟粉末XRD与单晶四圆XRD衍射等技术相比,单晶劳厄衍射技术在角度分辨能力方面很欠缺,但其独到之处在于可以方便的无损的估计较大尺寸单晶的结构与取向。在无损估计单晶样品的结构与取向方面,劳埃衍射与电子衍射如低能电子衍射LEED与扫描电镜SEM下的背散射电子衍射EBSD等表面技术相比,可以探测样品纵深的结构信息,更能体现单晶的宏观块体性质。因此,简言之,单晶的劳埃衍射技术是一种专门应用于大块单晶样品宏观晶体结构及取向的XRD技术。
    劳埃衍射的原理与其他衍射技术的一个根本区别在于其他衍射技术的使用单色或单波长光源,而劳埃衍射技术使用能量或波长弥散分布的光源,一个典型劳埃衍射光源的强度随波长分布如图01所示,这是最原始的铜靶在真空高压作用下发射的X射线谱,该谱有几个基本特征i)截止波长,受加载电压直接影响:λ_min(单位Å)~12.4/V(单位千伏),原因很显然是受光电子初始能量制约有关;ii)波长分布在某波长处出现峰值,这是因为强度一方面随频率增加(即波长缩短)而减少(H. A. Kramersa, On the theory of X-ray absorption and of the continuous X-ray spectrum, Phil. Mag.1923, 46, 836-71 http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/14786442308565244),另一方面随电子数目随频率增加而增加;iii)在铜原子的特征吸收线附近出现反常。因此劳埃衍射的光源的表示方法并非像其他衍射技术使用单个或若干个波长描述,而是使用波长范围或加速电压表示。劳埃衍射的光源在两个波长间连续分布的特征对应被衍射材料在倒空间的结构并非像单波长衍射那样是倒空间中离散的点,而是延拖成离散的线或棒,而且只有这样,劳埃衍射的图片才能方便的被采集到,否则探测器只有放在特定位置才能接收到衍射信号,如图02所示,其中劳埃线或棒上因光源分布对应在某处出现强度最大值。
    劳埃衍射谱的拟合分析大致分为数据谱采集、分析准备与拟合分析三个部分,依次叙述如下。

图01 铜靶在35kV下辐射X射线强度-波长分布曲线


图02 劳埃衍射条件下晶格对应的倒易像(二维示意)
为您推荐
专属顾问快速对接
获取验证码
立即提交
大陆
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
    劳埃衍射谱的采集需要经过样品预备、安装、调节及出图几个过程,不过采集不是本文所讨论的话题,在此不作更多叙述,不过需要指出的是:
i)本文讨论的劳埃衍射谱的分析方法需要数字结果图片,如果劳埃衍射仪得出的谱图是胶片,则需将其扫描或照相生成jpg等格式的文件,如图03所示氟化锂LiF单晶的一个衍射谱;
ii)至少要记录的实验条件有加速电压、胶片-样品间距两个,亦如图03所标注。

图03 本文演示劳埃衍射谱图扫描照片,其中包含分析必须的信息标注

    劳埃衍射谱的分析需要搜集的数据还有待分析数字中劳埃衍射晶带轴衍射位置(中心位置像素坐标),过程使用windows自带的绘图程序如图04、图05与图06所示;图片的标尺及总尺寸,如图07所示、通过查阅数据库或结构解析得到的单晶样品的结构数据,如图08所示。



图04、图05、图06 衍射谱图的中心位置获取方法图示


图07 衍射图谱的整体属性参数获取


图08 待测晶体结构信息搜集
赞贴
0
收藏
0
拍砖
0
2011/9/18 21:27:22 Last edit by handsomeland
大陆
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
    下面进入正式分析步骤,常用的工具是OrientExpress,所幸的是这是一款免费软件,为方便读者体验,本人上传一附件在此,其界面如图09所示。

图09 OrientExpress软件界面及输入文件结构参数入口

1)首先根据图10所示,输入结构与实验参数;

图10 OrientExpress输入文件参数界面及说明

2)导入劳埃衍射谱图片,如图11、图12所示;


图11、图12 OrientExpress输入衍射图谱图像

3)输入图片的标尺及带轴中心位置像素坐标数据,如图13、图14所示;


图13、图14 OrientExpress输入图谱中心坐标与标尺信息

4)点击Measure coord.命令,输入若干衍射点,根据衍射谱质量选择输入点及其总数,一般4-9个点即可,如图15所示,输入结束后保存结果,程序同时返回主界面,如图16所示;


图15、图16 OrientExpress输入图谱选择待拟合数据点坐标信息

5)点击Indexaion search命令,即弹出拟合参数对话框,根据衍射图输入最高hkl指数及角度误差容忍度信息等等,如图17所示;

图17 OrientExpress输入图谱拟合参数设定

6)如果运气不错,即可得到若干结果,如图18、图19、及图20所示的三个可能结果。如果程序提示结果太多,则回到第5步,减少最高hkl指数或角度误差容忍度等;反之,如果提示no solution,则提高之,直到得到满意的结果。



图18、图19、图20  OrientExpress拟合结果图

7)对照可能的结果,寻找与实验结果最接近,hkl指数最合理的结果,如这里的图18所示,进而不难得出实验单晶样品为a向,同时面内取向也随之确定。
附件:
赞贴
0
收藏
0
拍砖
0
2011/9/18 21:41:24 Last edit by handsomeland
大陆
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
最后,需要再次提醒的是,尽管劳埃分析原则上可以引入强度信息进行更深入的定量分析,劳埃衍射只是简单的定性估计手段,其结果并非确定的、唯一的,多解非常常见,最适用的应用情形是已知结构的较大晶体的无损定向。

如果要确定未知空间群及单胞参数的新结构,它远比不上四圆衍射及粉末衍射精确,为了准确确定未知结构的空间群及单胞参数,需要分别将样品切割成小块晶体与研粉,并在四圆单晶衍射仪及粉末衍射仪上完成定量分析。

注意图18中上部标注出来的取向矩阵,结合到xuaiqun老师提到的问题:http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20110914/3527555/ ,这是以带轴取向为z轴,横向与纵向分别为x方向与y方向的坐标系为基准,相对此位置的(θ,φ,Φ)角度旋转的转换矩阵。
赞贴
0
收藏
0
拍砖
0
2011/9/19 8:16:56 Last edit by handsomeland
xujun16
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
yuduoling
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
社区=冬季=
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
祥子
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
看不懂~

大陆的文章很漂亮,我看看热闹。

支持一下。

我喜欢这个图片

赞贴
0
收藏
0
拍砖
0
2011/9/20 11:47:53 Last edit by nemoium
iangie
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
大陆老师一出手就是不同凡响嘛~~偶要认真学习一下单晶pattern的处理..
xuaiqun
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
谢谢大陆给出详细的讲解.我看了后,有一个问题不太确定.程序应该是根据衍射点的位置来确定2θ,再根据布拉格公式确定面间距.可是波长是不固定的.是不是选定的强衍射点就用特征峰(Kα)对应的波长代入布拉格公式.
大陆
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
原文由 xuaiqun(xuaiqun) 发表:
谢谢大陆给出详细的讲解.我看了后,有一个问题不太确定.程序应该是根据衍射点的位置来确定2θ,再根据布拉格公式确定面间距.可是波长是不固定的.是不是选定的强衍射点就用特征峰(Kα)对应的波长代入布拉格公式.

答案很简单,变波长的劳埃衍射谱的计算是在倒空间里某平面(底片)与棒阵列(如图02所示意)相交的结果,这里波长是一定范围内的变量,与棒相交位置决定其对应的波长大小。
要引起注意的是,劳埃谱上的衍射点不必是同波长衍射点,这点通过下图(每个衍射点对应的波长)即可显而易见的看出,沿中心往外辐射时衍射波长的变化更一目了然的体现这个现象。
赞贴
0
收藏
0
拍砖
0
2011/9/21 14:11:31 Last edit by handsomeland
猜你喜欢 最新推荐 热门推荐
品牌合作伙伴