X射线衍射分析及其应用ppt课件.pptx
,X射线衍射分析及其应用,2018,2018年11月9日,目录,CONTENTS,1,2,3,4,衍射谱图的分析,XRD在新能源方向的应用,XRD测残余应力,XRD测择优取向,5,6,XRD的应用,衍射谱图的认识,1、衍射谱图的认识,1、衍射谱图的认识,1、物质结构状态与衍射图谱,自然界中物质常见的结构状态包括：,（1）原子完全无序,（2）原子近程有序但远程无序（非晶）,（3）原子近程有序和远程有序（理想晶体）,（4）实际晶体,2、晶体的衍射谱线,衍射峰位 衍射峰位角2是反映衍射方向的问题，主要与辐射波长、晶格类型、晶胞大小及形状有关。 遵循 Bragg方程：,（2）衍射强度 衍射积分强度，是X射线受晶体中众多电子散射后的干涉和叠加结果。原子在晶胞中位置及原子种类则决定了衍射强度。 但是由于物质的晶体不完整性，必然会影响X射线空间干涉强度分布，在稍偏离布拉格方向上也出现衍射，造成X射线衍射峰形状的改变，例如导致衍射峰宽化和峰值强度降低,2、衍射谱图的分析,峰位 面间距d 定性分析 点阵参数 d漂移 残余应力 固溶体分析,半高宽 结晶性 微晶尺寸 晶格点阵,非晶质的积分强度结晶质的积分强度定量分析,结晶化度,角度（2）,强度,样品方位与强度变化:单晶定向；多晶择优取向,3、XRD的应用,1、物相定性 11、织构2、物相定量 12、残余应力3、结晶化度 13、未知物相指标化4、晶胞参数精密化 14、晶体缺陷5、择优生长 15、微观应变6、纳米晶粒尺寸 16、颗粒尺寸分布7、介孔分布与孔径 8、薄膜物相、缺陷、厚度9、固溶类别和固溶度10、未知物相晶体结构解析,4、XRD在新能源方向的应用,例1：层状 SnSe0.5S0.5 作为高性能锂/钠离子电池 负极材料,作者通过多元醇法，将硫族中的S，Se两种元素与Sn完美结合，合成出具有典型层状结构SnSe0.5S0.5纳米合金，并利用水热反应制备出SnSe0.5S0.5/C复合材料。该材料作为锂/钠离子电池的负极表现出高的比容量及优异的循环性能（锂电在 0.5 A/g 下，循环1000圈保持625 mA h g-1；钠电在0.2 A/g下，循环100圈保持430 mA h g-1）,Fig1 SnSe0.5S0.5/C 复合材料的XRD图,Qiming Tang, Yanhui Cui. Ternary Tin Selenium Sulfide (SnSe0.5S0.5) Nano Alloy as the High-Performance Anodes for Lithium-Ion and Sodium-Ion BatteriesJ. Nano Energy .41 (2017) 377386.,例2：无定形硅烷封端聚醚3D结构聚合物电解质,聚氧化乙烯（PEO）是研究较早且广泛的聚合物电解质，具有诸多优点。但是，PEO-PE的锂离子电导率低和电化学稳定窗口窄等问题大大限制了其应用前景。 作者通过硅烷封端聚醚（MSTP）单体聚合，引入四乙二醇二甲醚（TEGDME），制备了一种具有交联网状结构的无定形硅烷封端聚醚聚合物电解质（MSTP-PE），提高了离子电导率并改善了电极的界面兼容性。,Fig2 PEO-PE和MSTP-PE的XRD比较,Zhiyuan Lin, Haijun Yu. Amorphous modified silyl-terminated 3D polymer electrolyte for high-performance lithium metal battery J. Nano Energy .41 (2017) 646653.,例3：CsPbI3xEDAPbI4薄膜的结构表征,作者采用碘化铅与氢碘酸的配体PbI2.xHI来代替传统的PbI2同时，通过创造性的引入乙二胺铅碘这一基于双胺阳离子二维钙钛矿组分构筑二维-三维混合钙钛矿，从而调整全无机铯铅碘钙钛矿的晶粒大小，稳定其钙钛矿晶相，并实现了良好的电子传输，这是目前溶液法制备铯铅碘钙钛矿太阳能电池的最高效率。特别是该方法制备的钙钛矿薄膜的相稳定性得到极大提升，在室温下钙钛矿相可以稳定数月，并且在100C下也可以稳定保持该钙钛矿相。,Fig3-1 CsPbI3xEDAPbI4钙钛矿XRD图谱,Fig3-2 CsPbI30.025EDAPbI4薄膜在干空气中100oC下保持一周的XRD,Taiyang Zhang, M. Ibrahim Dar. Bication lead iodide 2D perovskite component to stabilize inorganic a-CsPbI 3 perovskite phase for high-efficiency solar cellsJ. Science Advances. (2017) 4665.,例4：“稳定过渡相薄膜”制备CsPbIBr2钙钛矿薄膜,作者开发了一种通过“稳定过渡相薄膜”制备高致密、高溴含量的CsPbIBr2无机钙钛矿薄膜，薄膜经氮气环境中高温退火后表现出低功函的n型半导体材料特性，将其作为阴极缓冲层能够有效的降低肖特基势垒、接触电阻和界面缺陷，进而器件效率也由1.3%提升至5.52%。此外，该结构的全无机钙钛矿太阳电池表现出优异的热稳定性。,Fig4 CsPbIBr2钙钛矿薄膜XRD谱图,Chong Liu, Wenzhe Li. Ultra-Thin MoO x as Cathode Buffer Layer for the Improvement of All-Inorganic CsPbIBr 2 Perovskite Solar CellsJ. Nano Energy. 15(2017) 126135.,Fig5 GeAgxSbxSe1+2x样品的XRD图谱,Zhiwei Huang, Samuel Miller. High thermoelectric performance of new rhombohedral phase of GeSe stabilized via alloying with AgSbSe2 J. Angew Chem. 19(2017) 78105.,例5： GeAgxSbxSe1+2x样品晶型转变,5、XRD测残余应力,测定原理：,残余应力,晶格畸变,晶面间距变化,XRD衍射峰位置发生偏移,测量衍射峰偏移的多少,计算残余应力的大小, ,定性判断,定量测定,Fig 6 不同脉冲次数HCPEB处理前后纯镍的XRD图,6、XRD测择优取向,作者利用简单的溶剂热-浸渍法制备出了Ce-Ni修饰六方八面体赤铁矿(FC-2)，相比对照的-Fe2O3 。,Fig 7 FC-2和Fe2O3的XRD谱图,Taiwo Odedairo, Xuecheng Yan. Hexagonal Sphericon Hematite with High Performancefor Water OxidationJ. Advanceed Materials. 30(2017) 26.,Thank you,
