博亚(中国)一站式服务官方网站 XRD在晶体劣势分析中的期骗: 劣势类型、衍射效应与定量关联

说明：本文采算科技教养了XRD分析晶体劣势的旨趣与方法，陈述了点、线、面、体类晶体劣势若何通过晶格畸变和关系衍射域尺寸变化影响XRD图谱，进展为衍射峰宽化、强度变化、位移和畸变。著述还先容了若何通过XRD定量关联劣势密度，并鸠合HRTEM、XPS、拉曼光谱等时候联用，全面表征晶体劣势。

晶体劣势若何影响XRD图谱？

什么是晶体劣势？

竣工的晶体在表面上是由原子在三维空间中无尽周期性胪列组成的。但是，在内容材料中，这种竣工结构是不存在的。任何偏离理思周期性胪列的区域皆被称为晶体劣势。

DOI:10.1039/D2MA01009G

这些劣势证据其几何形态可分为：

点劣势（0D）：如空位、裂缝原子、替代原子等。空位暗意在竣工的周期性晶格中移除一个原子，从而在晶体结构中留住一个空位。裂缝原子暗意在竣工的周期性晶格中的空位孔洞中多出一个原子。

线劣势（1D）：主若是指位错，如刃位错和螺位错。

面劣势（2D）：如堆垛层错、晶界、孪晶界等。

体劣势（3D）：如颗粒中的孔洞和空隙等。

DOI: 10.1002/tcr.202200070

劣势若何篡改X射线衍射信号？

XRD分析劣势的物理基础在于，晶体劣势的存在会破裂晶格的竣工周期性，从而对X射线的衍射活动产生可不雅测的影响。其中枢旨趣基于布拉格定律（Bragg’s Law）。

nλ = 2dsinθ

其中，n为衍射级数（频繁为1），λ为入射X射线的波长，d为晶体中互相平行的晶面间距，θ为入射X射线与晶面之间的夹角（布拉格角）。

劣势主要通过以下两种花式篡改衍射图谱：

引起晶格畸变（微应变）：位错、点劣势等会在其周围产生一个应变场，导致晶格间距d发生局部、非均匀性的变化。这会使得衍射峰的位置发生微细偏移，何况更权贵地导致衍射峰的展宽。这种由晶格畸变引起的展宽被称为应变宽化。

减小关系衍射域尺寸：晶界、位错墙以及高密度的劣势会打断晶格的勾通性，将大的晶粒分割成很多小的、玩忽闲暇关系衍射条款的区域（称为微晶或关系衍射域）。关系衍射域尺寸的减小一样会导致衍射峰的展宽，这被称为尺寸宽化。

若何从XRD图中看见劣势？

衍射峰宽化分析

1）衍射峰宽化机制

XRD衍射峰的宽化舒畅主要由晶粒尺寸效应和微不雅应变效应共同主导。当晶粒尺寸减小至纳米表率时，由于衍射关系体积的减小，衍射峰会发生权贵展宽。

与此同期，晶体里面存在的各种劣势——包括位错、空位、晶界、层错等，会引入非均匀的晶格畸变，即微不雅应变，这种应变场一样会导致衍射峰宽化。

DOI: 10.3390/min12020205

（2）劣势密度的定量关联

劣势密度与微不雅应变存在平直物理关系。通过精准测量XRD峰宽并扣除晶粒尺寸孝顺后，残余展宽可归因于劣势密度增多。晶体劣势（如位错）在倒易空间中进展为衍射峰的展宽，其展宽经由与位错密度的浮浅根成正比。

关于点劣势，其浓度可通过测量XRD衍射峰的微细偏移鸠合晶格参数变化来推算。

DOI: 10.3390/min12020205

衍射峰强度分析

（1）衍射峰强度衰减的机制

晶体劣势通过破裂晶格周期性平直导致衍射峰强度裁汰。竣工晶体的衍射强度遵从结构因子浮浅关系，而劣势引入的原子位移使关系散射振幅发生相位混乱，导致强度衰减。

具体而言，空位、裂缝原子等点劣势使局部结构因子偏离理思值；位错、层错等线劣势和面劣势则中断晶格的辛苦有序性，灵验减小参与关系衍射的区域体积。

DOI: 10.1016/j.cemconres.2023.107391

（2）劣势类型与强度变化的特异性

不同劣势类型对强度的影响具有聘请性。

位错：通过引入应变场使原子偏离均衡位置，博亚体育导致衍射强度在倒易空间漫步迷漫，主峰强度下跌。

堆垛层错：酿成特定晶面的堆垛序列不实，使某些衍射峰强度聘请性衰减，并作陪峰形差别称。

空位与裂缝原子：篡改局域原子散射智力，导致结构因子从头计较，系统性地裁汰通盘衍射峰强度。

晶界：在多晶材料中，晶界当作高劣势密度区域权贵裁汰合座关系散射体积。

衍射峰位移和畸变

（1）衍射峰位移机制

晶体劣势通过篡改晶格参数引起衍射峰位移动。残余应力、空位簇、晶界、位错阵列等产生的非均匀应变场使晶面间距d发生局部变化，证据布拉格方程2dsinθ = nλ，这将导致衍射角θ的系统性偏移。

DOI: 10.3390/c8010004

（2）衍射峰畸变

差别称性：堆垛层错和反相畴界等面劣势会导致衍射峰形差别称，在倒易空间产生尾部效应。这种差别称性可通过峰形函数的差别称参数进行量化。

各向异性展宽：在具有各向异性应变场的材料中（如存在织构或特定取向位错），不同晶面的展宽经由不同，导致峰形呈现复杂变化。W-H图的线性偏离频繁换取应变各向异性的存在。

DOI: 10.1038/s41598-022-13949-w

多重效应相通：内容材料中，晶粒尺寸漫步、应变梯度、多种劣势共存使峰形畸变呈现高度复杂性。XRD峰的宽度和步地对晶格间距的微细变化极为明锐，不错换取晶格间距的微细变化。

DOI: 10.3390/c8010004

若何联用时候以全面表征？

XRD+HRTEM

XRD阐发材料合座的晶体结构（如相迂曲、非晶化），摒弃物关系扰。HRTEM不错响应原子胪列，可判断晶面间距。

举例，XRD阐发c-CoSe₂/DETA经Ar/O₂等离子体治理后，迂曲为正交相o-CoSe₂-O（峰位偏移）；HRTEM进一步不雅察到o-CoSe₂-O其晶面间距对应正交晶系。

DOI: 10.1002/anie.201810199

XRD+XPS

XRD通过峰宽化、峰位移，障碍响应劣势导致的晶格变化；XPS通过特征峰的出现/偏移，平直阐发劣势类型。

举例，XRD显现Sr掺杂的LaCoO₃，峰宽化且无杂相，显露晶格畸变（劣势）且结构踏实。XPS O 1s谱中，氧空位特征峰的面积占比从原始LaCoO₃的5%提高至18%，与XRD的晶格畸变恶果互相印证。

DOI: 10.1021/acssuschemeng.8b05717

XRD+Raman

XRD可用于表征长程有序性（如晶粒尺寸、晶格参数）。Raman则表征短程无序性，响应劣势的活性位点特征。

举例，XRD显现劣势石墨烯（DG）的峰宽化，通过谢乐公式计较得晶粒尺寸减小，显露晶界劣势增多。Raman光谱中，DG的ID/IG比有所增多，进一步显露碳劣势增多，且这些劣势恰是ORR的活性位点。

DOI:10.1039/D0NR08976A博亚(中国)一站式服务官方网站