20150524-陆伟民-XRD实验分析总结

20150524-陆伟民-XRD实验分析总结XRD实验分析总结一、XRD的基本概念1.1XRD射线衍射的基本原理：当一束单色X射线入射到晶体时，由于晶体是由原子规则排列的晶胞组成的，这些规则排列的原子间的距离与入射X射线波长有X射线衍射分析相同的数量级，故由不同原子散射的X射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强X射线衍射，衍射线在空间上的分布的方位与强度，与晶体密度有关，每种晶体所产生的衍射花样都反映出该晶体内部的原子分配规律。1.2XRD的主要用途:（1）用于晶态物质的物相分析。晶态物质组成元素或基团如不同或结构上有差异，它们的衍射谱图在衍射峰数目、角度位置、相对强度次序以至衍射峰形状上就显示出差异。因此，通过样品的X射线衍射图与已知的晶态物质的X射线衍射谱图的对比分析便可完成样品的物相组成的定性分析。（2）用于测定材料中的晶粒的大小和其排布取向。二、XRD研究前沿近年来，利用X-射线衍射法研究煤灰成分及熔融特性的研究不断深入，刘桂建等【1】X-射线衍射分析了淮北煤田6煤层煤灰矿物的组成，结果表明该煤灰的主要成分为石英、硬石膏、赤铁矿等。在燃烧过程中，矿物的种类发生了变化，并形成高温稳定的矿物种类。李寒旭等【2】研究了在还原气氛下，淮南煤灰矿物的转变行为，结果表明石英的含量随温度的升高而迅速减小，高灰熔融温度的淮南煤灰中，莫来石的X射线衍射强度很强，莫来石相对含量的增加是导致淮南煤灰熔融温度高的主要原因。许聚良等【3】XRD分峰拟合法测定炭材料的石墨化度和结晶度，结果表明石墨化度和结晶度的联合使用对炭材料的结构表征更为充分。三、XRD分析3.1XRD分峰拟合原理煤是一种短程有序而长程无序的非晶态物质，煤中存在一定数量类似石墨化的微小晶体，称为芳香核，它是由若干芳香环层片以不同的平行程度堆砌而成，因此XRD也用来研究煤及其显微组分的微晶结构。将不同气化时间所得的样品研磨后直接进行XRD测定。样品的XRD图谱上有两个宽泛的衍射峰，对应的2θ为25°和43°，分别归属于002峰与100峰，002峰反应了芳香核面网的平行定向程度，100峰反映面网的大小，一般认为002峰是对称的，因此图中不对称的002峰表明在宽化峰的左侧还存在另一个峰，称之为γ带。而γ带与分子中的脂族结构有关。由于γ带和002峰叠加到一起，因此对其进行分峰处理，对10°—90°范围内的XRD谱图进行，以煤气化1min后的样品为例，拟合结构如图3-1所示。Intensity(CPS)2-Theta/°图3-1-1煤气化过程1min后的XRD谱图拟合结果Fig.3-1-1Curve-fittingresultsofXRDpatternsofCoal-1min图3-1-2煤晶核结构示意图Fig.3-1-2Thestructurediagramofcoalcrystalnucleus半焦炭微晶堆积厚度（LC）、平行于芳香层片尺寸大小（La）和层间距（d002）计算公式如下：d002?λ2sinθ002Lc?0.94λβ002cosθ0021.84λβ100cosθ100La?式中的λ为X射线的波长，铜靶电极的λ=0.15406nm；θ002和θ100分别为002峰与100峰对应的衍射角；β002和β100分别为002峰与100峰对应的半峰宽。3.2XRD结构参数分析表3-2-1在3min内纯生物质煤灰的结构参数Table.3-2-1Thestructuralparametersofbiomassashwithin3minTime1min3mind002/nm0.35540.3554Lc/nm0.01350.0181La/nm0.02670.0345La/Lc1.97981.9042表3-2-2在30min内0.08g晋城煤煤灰的结构参数Table.3-2-2Thestructuralparametersofjinchengcoalashin0.08gwithin30minTime1min3min5min7min10mind002/nm0.35370.35540.35540.35690.3554Lc/nm0.02660.02350.02250.02150.0206La/nm0.03420.03120.02830.02790.0273La/Lc1.28751.32801.25461.30031.323715min20min30min0.35860.35540.35540.01950.02160.02380.02600.02860.03121.33121.32741.3092表3-2-3在30min内0.08g晋城煤与0.02g生物质共气化煤灰的结构参数Table.3-2-3Thestructuralparametersofjinchengcoalin0.08gandbiomassin0.02gashwithin30minTime1min3min5min7min10min15min20min30mind002/nm0.35080.35370.35540.35370.35370.35540.35570.3554Lc/nm0.02470.02150.02020.01920.01760.01710.01770.0217La/nm0.03170.03070.02790.02660.02610.02420.02480.0277La/Lc1.28651.42781.38411.38681.47751.41951.40081.2759表3-2-4在30min内0.08g晋城煤与0.04g生物质共气化煤灰的结构参数Table.3-2-4Thestructuralparametersofjinchengcoalin0.08gandbiomassin0.04gashwithin30minTime1min3min5mind002/nm0.35540.35540.3554Lc/nm0.02270.01860.0178La/nm0.03130.02880.0269La/Lc1.37971.54781.5094