樣品制備儀器系統(tǒng)

俗話說：“磨刀不誤砍柴工”了解XRD樣本的要求、制備過程并細心的制作XRD樣品，可以起到事半功倍的效果，而不是本末倒置，急于得到衍射圖譜而粗心準備樣品，這樣往往引起實驗數據誤差，從而給結果分析帶來困難，浪費大量的分析時間。

1. XRD運用對象

X射線衍射儀技術可以獲得材料的晶體結構、結晶狀態(tài)等參數，這些材料包括金屬材料和非金屬材料，大致如下：

X射線衍射技術可以分析研究金屬固溶體、合金相結構、氧化物相合成、材料結晶狀態(tài)、金屬合金化、金屬合金薄膜與取向焊接金屬相、各種纖維結構與取相、結晶度、原料的晶型結構檢驗、金屬的氧化、各種陶瓷與合金的相變、晶格參數測定、非晶態(tài)結構、納米材料粒度、礦物原料結構、建筑材料相分析、水泥的物相分析等。

非金屬材料的X射線衍射技術可以分析材料合成結構、氧化物固相相轉變、電化學材料結構變化、納米材料摻雜、催化劑材料摻雜、晶體材料結構、金屬非金屬氧化膜、高分子材料結晶度、各種沉積物、揮發(fā)物、化學產物、氧化膜相分析、化學鍍電鍍層相分析等。

2. XRD樣品制樣要求

XRD可以測量塊狀和粉末狀的樣品，對于不同的樣品尺寸和樣品性質有不同的要求，下面對分別對其作簡要的介紹：

圖1 XRD樣品制備

（1）塊狀樣品的要求及制備

對于非斷口的金屬塊狀試樣，需要了解金屬自身的相組成、結構參數時，應該盡可能的磨成平面，并進行簡單的拋光，這樣不但可以去除金屬表面的氧化膜，也可以消除表面應變層。然后再用超聲波清洗去除表面的雜質，但要保證試樣的面積應大于10 × 10 mm，因為XRD是掃過一個區(qū)域得到衍射峰，對試樣需要一定的尺寸要求。

對于薄膜試樣，其厚度應大于20 nm，并在做測試前檢驗確定基片的取向，如果表面十分不平整，根據實際情況可以用導電膠或者橡皮泥對樣本進行固定，并使樣品表面盡可能的平整。

對于片狀、圓柱狀的試樣會存在嚴重的擇優(yōu)取向，造成衍射強度異常，此時在測試時應合理的選擇響應方向平面。

對于斷口、裂紋的表面衍射分子，要求端口盡可能的平整并提供斷口所含元素。

（2） 粉末樣品的要求及制備

顆粒度的要求：

對粉末樣品進行X射線粉末衍射儀分析時，適宜的晶粒大小應在320目粒度（約40 um）的數量級內，這樣可以避免衍射線的寬化，得到良好的衍射線。

原因：任何一種粉末衍射技術都要求樣品是十分細小的粉末顆粒，使試樣在受光照的體積中有足夠多數目的晶粒。因為只有這樣，才能滿足獲得正確的粉末衍射圖譜數據的條件：即試樣受光照體積中晶粒的取向是完全隨機的。這樣才能保證用照相法獲得相片上的衍射環(huán)是連續(xù)的線條；或者，才能保證用衍射儀法獲得的衍射強度值有很好的重現性。

樣品試片平面的準備：

在X射線衍射時，雖然樣品平面不與衍射儀軸重合、聚焦圓相切會引起衍射線的寬化、位移及強度發(fā)生復雜的變化，但在實際試驗中，如要求準確測量強度時，一般首先考慮如何避免擇優(yōu)取向的產生而不是平整度。

圖2 （來源：education.mrsec.wisc.edu）

避免擇優(yōu)取向的措施：

使樣品粉末盡可能的細，裝樣時用篩子篩入，先用小抹刀刀口剁實并盡可能輕壓等等。

把樣品粉末篩落在傾斜放置的粘有膠的平面上通常也能減少擇優(yōu)取向，但是得到的樣品表面較粗糙。

通過加入各向同性物質（如 MgO，CaF2等）與樣品混合均勻，混入物還能起到內標的作用。

對于具有十分細小晶粒的金屬樣品，采用形變的方法（碾、壓等）把樣品制成平板使用時也常常會導致?lián)駜?yōu)取向的織構，需要考慮適當的退火處理。

圖3 各種樣品試片

粉末樣品的制備

研磨（球墨）和過篩：對固體顆粒采用研缽（球磨機）進行研磨，一般對粉末進行持續(xù)的研磨至低于360目的粉末，手摸無顆粒感，認為晶粒大小已經符合要求。

注意：

（1）在研磨過程中，需要不斷過篩，分出已經細化的顆粒。

（2）對于軟而不便于研磨的物質，可采用液氮或干冰使其變脆，在進行研磨。

（3）有些樣品需要用整形銼刀制得金屬細屑，此時需要對制得的挫屑進行退火處理消除銼刀帶來的點陣應力。

圖4 制粉流程操作流程

涂片法：把粉末撒在一片大小約 25 × 35 × 1 mm3的顯微鏡載片上（撒粉的位置要相當于制樣框窗孔位置），然后加上足夠量的丙酮或酒精（假如樣品在其中不溶解），使粉末成為薄層漿液狀，均勻地涂布開來，粉末的量只需能夠形成一個單顆粒層的厚度就可以，待丙酮蒸發(fā)后，粉末粘附在玻璃片上，可供衍射儀使用，若樣品試片需要永久保存，可滴上一滴稀的膠粘劑。

壓片法：如圖4把樣品粉末盡可能均勻地灑入（最好是用細篩子--360目篩入）制樣框的窗口中，再用小抹刀的刀口輕輕剁緊，使粉末在窗孔內攤勻堆好，然后用小抹刀把粉末輕輕壓緊，最后用保險刀片（或載玻片的斷口）把多余凸出的粉末削去，然后，小心地把制樣框從玻璃平面上拿起，便能得到一個很平的樣品粉末的平面。

注意：涂片法采用樣品粉末量最少，根據實際粉末量多少選擇不同的方法。

圖5 壓片法操作流程

3. X射線衍射儀的使用方法

接下來以某品牌XRD進行使用說明

（1）裝填樣品

按下衍射儀面板上的Door按鈕，指示燈閃爍、蜂鳴器發(fā)出報警聲，緩慢的向右拉開衍射儀保護門。

將樣品表面朝上安裝到樣品臺上，此時注意盡可能的將樣品置于載物臺的中心位置。

向左輕拉右側門，兩門自動吸住后報警聲停止。

圖6 XRD衍射示意圖

（2）設置儀器參數

點擊桌面Right Measurement System圖標，進入到軟件控制界面。

雙擊Condition下面的1，進入到測量條件的設置界面，根據所測試樣品要求，設置Start Angle（起始角）、Stop Angle（終止角）、Scan speed（掃描速度）等參數（注意：一般掃描電壓和掃描電流這些參數不要更改）

條件設置好以后，關閉條件設置界面，返回主界面（注意：在設置參數的時候，XRD的起始角一般是大于3°，終止角小于140°，否則會使測角儀的旋轉臂撞到其他部件，使測角儀受到損壞）。

點擊Browse按鈕，進入到保存文件對話框，設置文件保存位置和樣品名稱后，返回主界面。

（3）開始測試

在主界面上點擊Executement，系統(tǒng)開始調整KV、MA值，此時彈出新的測量窗口，直到測量完成，測量數據自動保存在所設置為保存位置。

（4）數據存盤

一般為了防止U盤存在病毒，拷取實驗數據需要光盤。

（5）關閉系統(tǒng)

在測試的時候根據實際情況，如果后面仍有學需要測試，在完成自己樣品測試后，將自己的樣品取出即可。如果沒有人測試，則關閉X射線衍射儀。

(來源:測了么)