布魯克全新臺式D6 PHASER應用報告系列（三）—— 二維衍射

粉末(mo)衍(yan)射中檢測(ce)所有(you)帶有(you)特征強度的(de)(de)晶(jing)面反射的(de)(de)一(yi)(yi)個基本要求是樣品(pin)架中要存(cun)在足夠數(shu)量的(de)(de)尺寸合適的(de)(de)晶(jing)粒(li)且(qie)滿足統計學排(pai)列(lie)。二(er)維衍(yan)射法(fa)則是一(yi)(yi)種很容易觀察到過(guo)大或過(guo)少晶(jing)粒(li)的(de)(de)存(cun)在，以及它們的(de)(de)擇優排(pai)列(lie)的(de)(de)有(you)效方法(fa)。

該應(ying)用(yong)報告顯示，一(yi)維LYNXEYE探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)可(ke)(ke)以與線(xian)聚焦的(de)(de)X射(she)線(xian)光管(guan)(guan)結合起來，有效地監測(ce)(ce)樣(yang)品制備的(de)(de)質量，而無(wu)需昂貴的(de)(de)二(er)維探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)。而二(er)維探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)的(de)(de)真正優勢在于，將(jiang)點聚焦的(de)(de)X射(she)線(xian)光管(guan)(guan)和可(ke)(ke)變的(de)(de)樣(yang)品到探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)的(de)(de)距離相結合，可(ke)(ke)以進行定量的(de)(de)粉末衍射(she)、應(ying)力和織構分析。然(ran)而，這(zhe)需要(yao)具有一(yi)定尺寸(cun)的(de)(de)二(er)維探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)，這(zhe)在臺(tai)式X射(she)線(xian)衍射(she)儀上通常(chang)是不(bu)可(ke)(ke)行的(de)(de)。

D6 PHASER二維衍射實現方法(fa)D6 PHASER提供了反射(she)幾何下的(de)(de)兩種二維(wei)衍射(she)實現方法(fa)，Bragg-2D和(he)Phi-1D掃描方法(fa)。Bragg-2D測(ce)試中(zhong)不需要移動樣品(pin)，相反地，通過(guo)選擇(ze)較大(da)的(de)(de)入(ru)射(she)光路發(fa)散度，將樣品(pin)大(da)面積暴露在(zai)X射(she)線束下，并在(zai)Δ? vs. 2Theta空間中(zhong)可視化(hua)展現來自不同晶(jing)粒的(de)(de)衍射(she)信號(hao)。而(er)Phi-1D方法(fa)則需要使用(yong)旋轉樣品(pin)臺，使用(yong)較窄的(de)(de)X射(she)線束照射(she)樣品(pin)，探(tan)測(ce)器定位在(zai)特定的(de)(de)2Theta峰位置，通過(guo)旋轉樣品(pin)同時連續(xu)探(tan)測(ce)器快照拍攝來對晶(jing)粒進行成(cheng)像。相應的(de)(de)X射(she)線衍射(she)儀樣品(pin)臺配置如圖1所(suo)示。

 

▲圖1. D6 PHASER固定樣品臺(左)用于Bragg2D衍射，旋轉樣品臺(右)用于Bragg2D和Phi-1D二維衍射。

例1圖2顯示了(le)粗(cu)晶粒粉(fen)末(mo)樣(yang)品的(de)(de)(de)二維衍(yan)射圖，包含大(da)量(liang)的(de)(de)(de)不(bu)連續(xu)斑點(dian)。在常規的(de)(de)(de)一(yi)維粉(fen)末(mo)衍(yan)射測量(liang)中，衍(yan)射信號將沿著(zhu)衍(yan)射線進行積分，用戶(hu)不(bu)會意識到樣(yang)品粒度是不(bu)均勻(yun)的(de)(de)(de)。而現在得益于快速(su)的(de)(de)(de)二維衍(yan)射測量(liang)，用戶(hu)認識到在進行定量(liang)的(de)(de)(de)一(yi)維XRD測量(liang)之前(qian)，樣(yang)品應該被更細的(de)(de)(de)粉(fen)碎。

▲圖2. DIFFRAC.COMMANDER界面展示粗糖樣品的Phi-1D掃描。

圖像(xiang)的(de)水平軸(zhou)對(dui)應于(yu)Phi旋(xuan)轉，而垂直(zhi)(zhi)軸(zhou)顯示探(tan)測(ce)器(qi)快(kuai)照(zhao)。數據采集使用D6 PHASER 600W, Co靶，K-beta濾波器(qi)，2.5°Soller準直(zhi)(zhi)器(qi)，可變發散(san)狹縫(恒定開(kai)口，0.25 mm)，無空氣散(san)射屏。使用LYNXEYE-2探(tan)測(ce)器(qi)進行連續phi掃描，步長(chang)0.9度，曝光時間1秒(miao)，總掃描時間401秒(miao)，探(tan)測(ce)器(qi)達(da)到 2Theta開(kai)口4.97°。

例(li)2第二個例子(zi)(圖3)展示了(le)(le)小(xiao)晶粒(li)的(de)優先取向(xiang)情況。垂直線顯示了(le)(le)較寬的(de)強度調制(zhi)，然而(er)對(dui)于完整隨機取向(xiang)的(de)材料來(lai)說，強度應(ying)該是(shi)恒定的(de)。此外(wai)，衍射信(xin)號具(ju)有(you)不同的(de)寬度，表明存在微觀應(ying)變。對(dui)于該測試鋁箔，只有(you)通過樣(yang)品(pin)的(de)不同取向(xiang)測試才能獲得更好的(de)平均(jun)信(xin)號。相對(dui)應(ying)地(di)，在測量粉(fen)(fen)末(mo)樣(yang)品(pin)時，在樣(yang)品(pin)制(zhi)備過程中應(ying)盡(jin)量重新定向(xiang)晶體使其更加取向(xiang)隨機，或者(zhe)用較小(xiao)的(de)接觸(chu)壓力將粉(fen)(fen)末(mo)壓實(shi)。

▲圖3. DIFFRAC.EVA軟件二維展示使用Co特征X射線測量的軋制鋁板樣品的Phi-1D掃描圖譜