xrd图谱
-
2023年3月4日发(作者：含氯消毒剂的配比浓度及方法)武汉理工大学
学生实验报告书
实验课程名称材料设计与理论计算实验
开课学院材料科学与工程学院
指导老师姓名
学生姓名
学生专业班级材物
2016—2017学年第2学期
学生学号*************实验课成绩
实验项目名称XRD图谱分析实验成绩
实验者专业班级材物1401组别
同组者实验日期年月日
第一部分：实验分析与设计
一、实验内容描述（问题域描述）
1、使用MaterialStudio软件RelfexPlus模块处理XRD图谱并指标化。
2、使用RelfexPlus模块对XRD图谱进行精修。
二、实验基本原理与设计（包括实验方案设计，实验手段的确定，试验
步骤等，用硬件逻辑或者算法描述）
（一）实验方案与手段确定
以ReflexPlus模块模拟晶体材料的X光、中子及电子等多种粉末衍射图谱，帮助
确定fin31晶体结构，解析衍射数据并用于验证计算和实验结果
（二）实验步骤
1.导入fin31衍射数据
2.指标化。通过检索算法TREOR90来确定晶格常数
精修。Numberofcycle改为5,2-theta范围改为15°-85°。精修两
次
4.空间群的选取。PowderIndexing中对SpaceGroup进行Search。对正确的空间
群P63/mCreatecell,重复Pawley精修。
5.准备初始模型
a.建立新的3D原子文档，分别建立Ca、F离子模型
b.建立PO4离子，建立后需确保是四面体构型
优化PO4结构
d.从PowderSolve中对Ca离子建立Motiongroups，并将占据率改为0.5，复制
至P63m原胞
e.将Ca离子占据率改为0.3333333，复制至P63m原胞
f.对F离子进行同样操作，但占据率改为0.1666666
g.对PO4进行同样操作，但占据率改为0.5，复制三次。检验密度是否正确
6.确定fin31晶体结构，需精修所有的MotionGroups,取消应用temperature
factor
ld精修。
a.复制结构并取消动态组,checkforatomonspecialpositionwithin
1.0A,rebuild。再将所有原子占据率设为1.0
b.将所有原子定义为动态组，进行Rietveld精修
（三）基本原理
(1)粉末衍射解析结构的原理ReflexPlus模块
在多晶衍射装置中，众多小单晶在三维空间的衍射被压成一堆，失去了各
hkl衍射的方向性。衍射峰间的对称性重叠模糊了每个hkl衍射强度分布曲线的
轮廓，使得单晶结构分析中的最小二乘法结构修正法不能用于多晶衍射，因而
通过粉末来解析结构是件相当困难的事情，以至于长期以来，粉末衍射法主要
被当做物相鉴定的工具，蕴藏在粉末衍射图中丰富的结构信息无法提取。1967
年，ld鉴于计算机处理大量数据的能力，在中子粉末衍射结构分析
中提出了全谱粉末衍射图最小二乘法拟合结构修正法，并取得了很大的成功。1977
年Malmros和Thomas,Young等人把这个方法引入到X射线粉末衍射分析
中，从此，Rietveld分析方法的研究及在固体粉末材料中的应用开始迅速发
展，在近年来达到了高峰。当然Rietveld分析方法并不是一种解析结构的方
法，但它解析结构的优化与可靠性验证提供了强有力的手段。尤其是随着计算
机技术的发展，一些新的实验技术如高分辨同步辐射、飞行时间脉冲中子衍射
等的出现，使得通过粉末衍射数据来解析晶体结构的方法取得了突破性的进
展，其中以Rietveld分析为精化手段的经验法和解析单晶的方法与Rietveld方
法相结合的从头算法逐渐被人所接受。
经验法解析结构的关键是找到合适的“模板”，即结构与之类似的且结构己
知的化合物。这一方法对于长期从事结构研究的专家是非常有用的，他们能很
准确的判断与未知化合物结构类似的化合物。在此基础上，使用己知化合物的
结构参数通过Rietveld分析方法来精化这些参数使之与未知化合物的粉末衍射
数据一致，从而得到未知化合物的结构参数。在经验法中还有一种试差法，即
人为的建立一个结构模型，然后应用Rietveld分析方法来精化结构参数，并不
断的调整结构模型。经验法中的这两种思想都有其优缺点，前者解析方法简
单，但不易找到好的结构模型，后者解析方法复杂，计算量大，但它能找到非
常好的结构模型，即使没有“模板”。经验法解析结构的思路如图1.1所示:
（2）ReflexPlus模块
MaterialsStudio的Reflex模块用以模拟晶体材料的X光、中子以及电子等多
种粉末衍射图谱。可以帮助确定晶体的结构，解析衍射数据并用于验证计算和实
验结果。模拟的图谱可以直接与实验数据比较，并能根据结构的改变进行即时的
更新。。包括粉末衍射指标化及结构精修等工具。粉末衍射指标化算法包
括:TREOR90,DICVOL91,ITOandX-cell。结构精修工具包括Rietveld精修和
Pawley精修。而ReflexPlus模块是对Reflex的完善和补充，在Reflex标准功
能基础上加入了己被广泛验证的PowderSolve技术。ReflexPlus提供了一套可
以从高质量的粉末衍射数据确定晶体结构的完整工具。包括粉末指标化、Pawley
精修、解结构以及Rietveld精修。结构的全局搜索过程可以选用MonteCarlo模
拟退火和MonteCarlo并行回火两种算法之一，求解过程中同时考虑到了优先取
向的影响。
（3）VAMP模块
本实验还将使用·MS·VAMP模块对结构进行模拟解析。模块是半经验
的分子轨道程序，适用于有机和无机的分子体系。可快速计算分子的多种物理和
化学性质，其计算的速度和精度介于基于力场的分子力学方法和量子力学的第一
原理方法。快速的VAMP程序可以为DFT程序提供了良好的初始结构以便进行精确
的结构优化。经DFT优化好的结构可以用VAMP来计算各种性质和光谱。VAMP还
可以向分子动力学模拟提供参数。MS4.0版本引入了ZINDO哈密尔敦函数，可计
算包含过渡金属的有机金属体系的紫外光谱。
第二部分：实验调试与结果分析
三、调试过程（包括调试方法描述、实验数据记录，实验现象记录，实
验过程发现的问题等）
一、从Fin31的衍射数据得到晶体结构的实验
1、导入数据，Fin31的XRD数据导入后如下
2、指标化，首先用Reflex去除背底，参数设置如下：
得到XRD图像如下：
可以看到其背底已经被去除，然后对其进行平滑和去除K
α2
：
，得到以下两个图像：
由上图可知，其XRD图谱已经去除了多余的峰和背底，可以使用TREOR90算
法进行寻峰：
检索结果是：
以此为基准，建立空晶胞如下：
3、Pawley精修，参数设置如下：
经过第一次循环，得到结果：
第二次循环后：
4、空间群的选取
5、晶体模型的建立
添加Ca原子：
建立并优化PO
4
结构：
添加入晶胞中，得到：
此时的密度为原来的6倍，因此需要进一步优化。
在优化后密度变正常
6、确定FIN31的晶体结构
7、Rietveld精修
结果为：
然后对其他参数进一步优化：
得到结果
精修每个原子的各向同性的温度因子
最后得到结果：
四、实验结果及分析（包括结果描述、实验现象分析、影响因素讨论、
综合分析和结论等）
温度椭球：
HTML报告如下：
FinalR
wp
:9.47%FinalR
p
:7.28%
FinalR
wp
(without
background):
12.47%FinalCMACS:0.05%
Setup
2Range
(degrees):
15.00-85.00
StepSize
(degrees):
0.020
Experiment:
Excluded
Regions:
-
Radiation
Type:X-raySource:Copper
1
(Å):1.540562
2
(Å):1.544390
I
2
/I
1
:0.500Monochromator:None
Anom.
Dispersion:
NoPolarization:0.500
LatticeParameters
LatticeType:HexagonalSpaceGroup:P63/M
ParameterValueRefined?
a9.37055±0.00007Yes
b9.37055±0.00007Yes
c6.88503±0.00006Yes
90.00000No
90.00000No
120.00000No
StructureParameters
Refined
Motion
Groups:
5
Refined
Torsions:
0
Refined
Angles:
0
Refined
Distances:
0
Numberof
RefinedDOF:
10
FractionalCoordinates
wRefined?
1O0.74184±0.000380.08217±0.000340.42854±0.00035Yes
2Ca0.33333±0.000000.66667±0.000000.49901±0.00034Yes
3F0.000000.000000.25000No
4P0.63276±0.000260.03014±0.000310.25000±0.00000Yes
5O0.53389±0.000540.12128±0.000490.25000±0.00000Yes
6O0.51538±0.00051-0.16157±0.000510.25000±0.00000Yes
7Ca0.989380.746240.75000No
Occupancies
cupancyRefined?
1O1.00000±0.00000Yes
2Ca1.00000±0.00000Yes
3F1.00000±0.00000Yes
4P0.99670±0.00000Yes
5O0.99072±0.00000Yes
6O0.98514±0.00000Yes
7Ca0.99898±0.00000Yes
PatternParameters
Profile
Function:
Pseudo-Voigt
FWHM
ParameterValueRefined?
U0.01437±0.00150Yes
V-0.00947±0.00145Yes
W0.00730±0.00034Yes
Profile
ParameterValueRefined?
NA0.52179±0.02117Yes
NB0.00336±0.00049Yes
LineShift
Instrument
Geometry:
Bragg-Brentano
ParameterValueRefined?
Zero
Point
-0.05295±0.00035Yes
Shift#10.00000No
Shift#20.00000No
Fin31的对比如下：左为实际模型，右为拟合模型：