19
當前位置：馬爾文帕納科>>技術文章>>【知識庫】HighScore (Plus) 軟件進行XRD結晶度分析的四種方法（上）
【知識庫】HighScore (Plus) 軟件進行XRD結晶度分析的四種方法（上）
馬爾文帕納科強大的XRD數據分析軟件Highscore（Plus）可基于兩種通用原理，通過四種不同的方法實現結晶度分析，用戶可根據標樣情況、樣品特性、依據標準等不同情況選擇適合自己的結晶度分析方法。
本文將先介紹基于全倒易空間X射線散射守恒原理的兩種分析方法，分別是：背景常數法和高聚物法（分峰擬合法）。
對于含有非晶成分的樣品來說，XRD測試的目的往往不僅在于分析出各結晶物相的相對含量（即常規物相定量方法），還希望能夠得出非晶相在樣品中的含量，即結晶度分析，一般來說， “結晶度”主要指樣品中結晶部分的質量占材料總質量的百分比 ，即100% - 非晶物相百分含量。
值得注意的是與上述提到的結晶度含義不同，“結晶度”有時也用于量化或分級表征相關材料晶格周期性的理想程度，也就是結晶的完美程度、晶體結構缺陷的類型與程度。或用“有序度”來表述，這種情況下關心的不再是非晶物相的含量，而是結晶物相的結晶完美程度，此種意義上的“結晶度”可以用衍射峰半高寬等參數進行表征。比如伊利石的結晶度有時用Weaver指數來表征，其值為伊利石1nm的衍射峰在1nm處的強度與1.5nm處的強度的比值，指數越大結晶度越好。
我們將通過兩次推文分別介紹基于全倒易空間X射線散射守恒原理或Rietveld全譜圖擬合的定量計算方法這兩個通用原理指導下，馬爾文帕納科Highscore(Plus)軟件四種結晶度分析方法，這里的結晶度含義均指前者，即結晶部分的質量在材料中的百分比。用戶可根據標樣情況、樣品特性、依據標準等不同情況選擇適合自己的結晶度分析方法。
通用原理一
全倒易空間X射線散射守恒原理
對一個給定的原子集合體,則不論其凝聚態如何(如非晶固態、晶態、不同取向態或不同晶相與非晶相的混合態等)，當受到相同強度的X射線照射時，其相干散射在全倒易空間里總值保持守恒。換言之，樣品相干散射的總量僅與受照射體積內物質的原子種類與總數有關，與物質的結構無關。
下文中的第一、二種方法依據原理為上述全倒易空間X射線散射守恒原理，由于此原理的前提是給定的原子結合體（即化學組成相同）與x射線照射強度相同，因此下文中前兩種結晶度分析方法的適用前提均為結晶物相與非晶物相的化學組成必須相同，且結晶相與非晶相的測試條件完全一致。
01丨背景常數法
背景常數法適用同種物質的結晶相和非晶相組成的混合物的結晶度的計算，需要用與待測樣品化學成分相同且結晶度已知的標樣進行結晶度分析的校準，且標樣與待測樣品的測量條件（儀器狀態、掃描程序、光路配置）必須完全一致。
背景常數法的原理：同種物質在完全相同的測試條件下，無論是結晶還是非晶，單位質量貢獻的散射強度都一樣。即使是完全結晶的樣品，譜圖也會有背景存在，其來源于儀器、空氣散射、康普頓散射、樣品熒光等因素，同類樣品完全一致的測試條件下，上述因素所導致的譜圖背景的總散射強度應該也一致。
計算公式：
其中：ΣInet.：結晶成分對應散射面積
ΣItot.：總散射面積
ΣIconst. bgr.：背景常數以下對應散射面積
ΣItot. – ΣIconst. bgr.：非晶成分對應散射面積
應用示例：
標樣：結晶度50%的SiO2，注意確定背景操作過程必須把結晶峰和非晶包分開。輸入背景常數，直到結晶度顯示為50%。（灰綠色背景線以上衍射峰區域是結晶成分對應散射面積，即ΣInet. ，下方藍色區域為背景常數覆蓋面積，即ΣIconst. bgr.）
待測樣：結晶度未知的SiO2，注意確定背景也必須把結晶峰和非晶包分開。輸入上一步標樣確定的背景常數，得到結晶度為91.2%
02丨高聚物法（分峰擬合法）
高聚物法（分峰擬合法）是一種通過分峰擬合，確定非晶包和各晶態衍射峰的面積，通過標準中給定公式計算結晶度的方法。
高聚物法適用于高聚物或其他行業執行標準中使用衍射峰與非晶包面積進行結晶度計算的情況。
如《GB T 18046-2008 用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉 玻璃體含量的測定》、《SH/T1827-2019 塑料結晶度的測定 X射線衍射法》等多個國標、行標均是此種基于結晶相衍射峰與非晶包面積進行結晶度的分析與計算。
應用示例：
樣品：α-聚丙烯
依據標準：《SH/T1827-2019 塑料結晶度的測定 X射線衍射法》
分析結果：
對譜圖進行分峰擬合得各晶相衍射峰與非晶包的面積，根據標準中計算公式計算所得其結晶度為63.9%。
馬爾文帕納科X射線衍射主要產品
■ Empyrean 銳影多核智能X射線衍射系統
第三代Empyrean銳影多功能衍射平臺是第一款全自動多功能衍射儀，無須任何人工干預即可進行多種不同類型的測量。
? 多類型樣品和多應用不間斷批次處理
? 樣品處理量至少提高30%
? 用戶培訓時間減少30%
? 自動優化分辨率和強度
? 檢測雜質或微量相，靈敏度提高40%或速度提高40%
■ Aeris 緊湊型X射線衍射儀
Aeris將一步式外部樣品裝載于清晰簡單的操作結合，采用標準電源工作，無須使用其他外設。同時它具有出色的精度、重現性和可靠性。可選擇的測量有：
? Bragg-Brentano反射粉末衍射
? 透過箔片或毛細管的透射衍射
? 掠入射用于薄膜和鍍層分析
■ X'Pert3 MRD/XL高分辨X射線衍射儀
X'Pert3 MRD/XL適用于各類型薄膜的X射線分析，所涉及的典型材料有半導體、金屬合金、介電材料和化合物等。MRD/XL可以表征這些材料的如下屬性：層厚、晶相和合金成分、應力、結晶度、密度和界面形態等等。