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关于纳米晶体的XRD和SAED

透射电镜(TEM)

  • 想到一个问题,从Scherrer公式来讲,纳米晶在XRD的峰宽化是因为粒子小于几个纳米造成的,但SAED应该不受这个限制,因为波长要小多了,那么即使小于3 nm的纳米晶在XRD中有宽化的现象,在SAED中如果选取很多颗粒是否一样很锐利,甚至选取一个2nm单晶也应该有比较好的衍射点?
    不知道是不是能这样理解,还是Scherrer公式仅仅用于XRD测试?
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  • 第1楼2005/11/01

    电子衍射与XRD本质上是一样的,公式定理都可以通用。电子波长可以通过加速电压调,X-ray波长也是在0.001nm-10nm之间的区间,不同靶可以得到不同波长的X-ray。

    其实,我们在高中物理就学了光的杨氏干涉实验,本质都是一样的。用杨氏干涉实验里的公式,一样可以推出布拉格公式,也可以推出电镜里经常用到的尽是公式L*波长=Rd。大家可以试一试,有助于理解。另外,根据瑞里公式,像分辨率受限于波长,物理本质是海森堡不确定关系,普通物理里学过,大家也可以推一推。

    现在的SAED是不能把选区范围选到2nm的,一般的选区衍射地选取范围都是微米级,NBD可以做的更微区点。
    2nm的单晶,衍射会很弱,因为晶面可能很少!
    试一试看看径向分布函数,有助于理解XRD衍射宽化

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  • 第2楼2005/11/01

    补充,峰宽化的本质是因为晶体面间距长短不一,如非晶(布拉格公式也可以反映出来,不同的d有不同的sida角),用径向分布函数描述。2nm左右的微晶,因为晶界非常之多,晶界一般都是混乱区(晶格常数不定)。
    我们理解纳米晶,单晶晶粒度小到一定程度,就叫非晶了。

    目前,非晶的结构还是不清楚,模糊。我觉得这是个诺贝尔奖级的工作。(秦禄昌博士有篇文章讲过非晶的衍射,收录在张泽,章效锋编一本合集,上下册,分别讲理论和应用,清华大学出版社,英文的,蓝色封皮)。

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  • 第3楼2005/11/01

    多谢大侠细心指点!
    不过你说公式是通用的,我有两个问题:
    1. 既然XRD也能到0.01A的波长,那么是否改了现在1.5418 A的CuKalpha线用这种波长就会改善甚至消除峰的宽化?scherrer公式适用于所有波长,那么用该公式推算来说应该有这种趋势吧?
    2. 电子衍射里面非晶的衍射环也是宽化的,是所谓的有序畴没有固定的"晶格"常数,比较杂乱,那么是不是可以这样理解,这种有序畴的无固定晶格常数但这些晶格常数很接近,造成了衍射环的宽化,而并不是由于其有序范围小(<1 nm)造成的。

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  • 第4楼2005/11/01

    另外,NBD是能做纳米区域的衍射,但是否能做纳米晶体的衍射说不准,因为纳米晶的状态你也说了是表面能很高的亚稳定相,NBD的电子束能量很高,照射过程中间会不会让纳米晶融化重结晶呢?至少Ag的纳米颗粒一般的SAED都会变化重结晶的,Co的也是。
    NBD是朱静院士的看家本领,不过我没她拍的照片,弄这个图片上来看看吧。

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  • 第5楼2005/11/02

    请问NBD全称是什么,没做过,也不知道,请教一下,谢谢。

    shxie 发表:另外,NBD是能做纳米区域的衍射,但是否能做纳米晶体的衍射说不准,因为纳米晶的状态你也说了是表面能很高的亚稳定相,NBD的电子束能量很高,照射过程中间会不会让纳米晶融化重结晶呢?至少Ag的纳米颗粒一般的SAED都会变化重结晶的,Co的也是。
    NBD是朱静院士的看家本领,不过我没她拍的照片,弄这个图片上来看看吧。
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  • 第6楼2005/11/02

    1.X-ray 波长可以很短,但是如果短到0.01A,那么C=lamda*v ,E=h*v=hC/lamda,能量会很高,穿透能力很强,激发这种特征x射线条件可能比普通苛刻一点。另外,波长太短,相对于晶格常数小两个数量级了,根据波的衍射原理,这个时候,不太会发生衍射了,直接穿过,像一束光穿过1毫米的洞一样。

    2.假设引起衍射线的宽化的原因(还有仪器宽化,x-ray射线的单色性)仅仅是晶粒尺寸效应的条件下推出的scherrer公式,对于测定的平均晶粒厚度是很有用的。有时候,我喜欢这种统计量。

    3.在电子衍射中,也有宽化现象。但是宽化的原因要做具体分析。非晶宽化,是因为“面间距”大小不一,这种原因占主要位置。衍射斑点宽化跟其他缺陷也有关,如果是完整晶体,电子波单色性好,那么应该跟波长也有关。

    4.斑竹可否找到scherrer公式的完整证明过程?如果可以找到,共享一下。我们可以算一算电子衍射里面的小尺寸效应宽化!

    5.你提的这个问题太好啦,我要认真学习思考一下!

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  • 第7楼2005/11/02

    NBD 或NEBD全称 Nano Electronic Beam Diffraction吧,纳米电子束衍射术,通过调节光路,使衍射模式小与样品作用的光斑很小,做到选区衍射很小。用的人不多,这方面的文章也不太多,好像没有会聚束衍射术(CBED)多。

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  • 第8楼2005/11/02

    对的,就是这个,也叫微衍射,miu衍射。操作起来其能量很高,而不如CBED温和,至少CCD拍CBED一点不用担心。还有一点我猜:是不是CBED的理论性更完善,能解决的问题比较多,而NBD通常情况下不能倾转,得到比较好的衍射比较困难,从而解释的问题也就是做SAED不能做到的更小区域分析?

    gamexxp 发表:NBD 或NEBD全称 Nano Electronic Beam Diffraction吧,纳米电子束衍射术,通过调节光路,使衍射模式小与样品作用的光斑很小,做到选区衍射很小。用的人不多,这方面的文章也不太多,好像没有会聚束衍射术(CBED)多。

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  • 第9楼2005/11/02

    对于第一个你说的意思我明白,但我这个时候有点糊涂-刚熬夜起来,TEM的电子束200 Kv的不就是0.025 A么?这个衍射和XRD的衍射有什么不同?

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  • 第10楼2005/11/02

    还有scherrer公式的推导我去试试找一下。不过要耐心,最近写论文,昏头。

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