布魯克全新臺式D6 PHASER應用報告系列（一）——晶粒尺寸分析

D6 PHASER非常適合通過(guò)粉末X射線(xiàn)衍射技術(shù)進(jìn)行快速的晶粒尺寸分析。該分析是基于對多個(gè)晶體衍射峰的評估，通常它們會(huì )隨著(zhù)晶粒尺寸變小而出現特征性展寬。晶體衍射峰的展寬必須與儀器自身的展寬進(jìn)行分離，后者決定了晶粒尺寸的上限值。而晶粒尺寸分析的下限則是由從儀器自身背景中分離出寬的、低強度信號的能力所決定的。

D6在晶粒尺寸分析方面的優(yōu)勢

D6 PHASER在晶粒尺寸分析應用的特征優(yōu)勢包括：

◇  優(yōu)異的2Theta角度分辨率（優(yōu)于0.03°）；

◇  高的X射線(xiàn)通量，得益于600W或1.2 kW高功率高壓發(fā)生器，緊湊的測角儀半徑和自動(dòng)發(fā)散狹縫，以實(shí)現在全測量角度范圍內X射線(xiàn)照射大面積的特定樣品區域；

◇  動(dòng)態(tài)光束優(yōu)化(DBO)，來(lái)嚴格控制儀器的背景信號，有利于寬峰分離。 

應用案例分析

這些優(yōu)勢使得D6 PHASER成為化學(xué)或制藥行業(yè)中人們研究晶粒尺寸的很好工具，而這些行業(yè)的工藝參數或材料性能與晶粒尺寸或比表面積密切相關(guān)。另一個(gè)典型的應用是Lc分析(煅燒石油焦微晶尺寸，ASTM D5187)，它將衍射半峰寬與電解熔煉金屬所使用的煅燒石油焦的品質(zhì)有機地聯(lián)系起來(lái)。

▲圖1.兩張NIST SRM1979的XRD圖譜顯示了小顆粒的衍射峰展寬

通過(guò)對NIST粉末衍射線(xiàn)標準參考物質(zhì)SRM 1979的衍射分析(圖1)，驗證了D6 PHASER用于晶體尺寸分析的強大儀器性能。該實(shí)驗在低背景硅樣品支架上制備了薄樣品層，并在圖2所示的配置中收集數據，并使用DIFFRAC. TOPAS v7進(jìn)行分析。峰形分析與NIST證書(shū)中描述的方法類(lèi)似，其使用Pawley擬合和基本儀器參數模型從儀器峰形展寬中卷積計算出晶粒尺寸。表1展示了計算出的晶粒尺寸與證書(shū)數據的良好一致性。

對于各向同性晶粒尺寸的測定，使用DIFFRAC. EVA或DIFFRAC.TOPAS中評價(jià)單一衍射峰就足夠。后者TOPAS還可通過(guò)評估整個(gè)衍射圖譜來(lái)精修晶粒(或晶粒形狀)的取向依賴(lài)性(圖3)。

▲圖2. 動(dòng)態(tài)光束優(yōu)化(DBO)的D6 PHASER，配備可變發(fā)散狹縫(VDS)，電動(dòng)空氣防散射屏(MASS)和高能量分辨LYNXEYE XE-T探測器。

表1. DIFFRAC.TOPAS計算出的晶粒尺寸（固定與可變發(fā)散狹縫）與NIST證書(shū)數據相比較

▲圖3.使用DIFFRAC.TOPAS分析立方金紅石（TiO2）晶粒尺寸的各向異性。晶種的x:z比約為1:2.5。

（數據采集使用D6 PHASER 1.2 kW, Cu靶，無(wú)K-beta濾片，2.5°Soller準直器，主光路可變發(fā)散狹縫(固定照射模式)，電動(dòng)防空氣散射屏，2Theta掃描范圍15至140°, 使用LYNXEYE XE-T探測器在高分辨率模式下掃描，總掃描時(shí)間為214秒。）