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XRD精修教程1——XRD精修基本原理與GSAS軟件簡(jiǎn)介

來源：本站時(shí)間：2020-11-03 21:41:31 瀏覽：24562次

1 引言

X射線衍射分析（XRD）是材料、地質(zhì)、物理、化學(xué)等眾多學(xué)科中是最基本但也是最重要的一個(gè)表征手段。它被廣泛地用來研究材料的相結(jié)構(gòu)、相成分、晶粒尺寸、晶粒取向和微結(jié)構(gòu)等。然而，最常用的多晶衍射法有著一些本征缺點(diǎn)，它得到的譜峰重疊嚴(yán)重，從而造成大量材料結(jié)構(gòu)信息損失。1967年，荷蘭晶體學(xué)家Hugo M. Rietveld提出了對(duì)中子衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行Rietveld全譜擬合的方法，克服了多晶衍射僅利用積分強(qiáng)度的不足，充分利用了譜圖的所有信息，可以獲得多晶材料的結(jié)構(gòu)信息。后來，Rietveld方法也被用來對(duì)XRD數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。隨著算法的完善和應(yīng)用的推廣，Rietveld方法已經(jīng)成為獲得結(jié)構(gòu)信息和修正晶體結(jié)構(gòu)最重要的方法之一。

2 Rietveld法基本原理

Rietveld法是在給定初始結(jié)構(gòu)模型和參數(shù)的情況下，利用一定的峰形函數(shù)來計(jì)算多晶衍射譜，同時(shí)利用最小二乘法不斷調(diào)整晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)和峰形參數(shù)，從而使得計(jì)算譜圖與實(shí)驗(yàn)譜圖相結(jié)合，據(jù)此得到修正后的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

XRD精修基本原理與GSAS軟件簡(jiǎn)介參考圖-1

Rietveld法不僅可以對(duì)常規(guī)X射線測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行多晶結(jié)構(gòu)修正，同時(shí)也可以對(duì)通過中子源和同步輻射源得到的結(jié)果進(jìn)行精修。XRD精修的典型應(yīng)用包括如下幾個(gè)方面：

（1）確定與修正晶體結(jié)構(gòu)；

（2）獲得點(diǎn)陣常數(shù)和晶胞體積；

（3）獲得鍵長(zhǎng)鍵角；

（4）晶粒度測(cè)定；

（5）多相的定量分析；

（6）應(yīng)力應(yīng)變分析等。

3 GSAS軟件簡(jiǎn)介

隨著XRD精修的逐漸普及，越來越多的軟件相繼問世，諸如MDI Jade，GSAS，F(xiàn)ullprof，TOPAS和High Score Plus等。其中，GSAS軟件開發(fā)較早，配有圖形化界面EXPGUI，而且操作簡(jiǎn)單方便，因此使用最為廣泛。GSAS全稱為General Structure Analysis System，中文名字為“綜合結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)”，它不僅可以運(yùn)行在Windows平臺(tái)，還能夠在蘋果公司的Mac系統(tǒng)以及Linux等系統(tǒng)使用。GSAS不僅可以用來單獨(dú)精修常規(guī)X射線/中子衍射/同步輻射的數(shù)據(jù)，還可以將它們聯(lián)合起來進(jìn)行精修。GSAS軟件最初的版本是PC-GSAS，它是由美國(guó)的Allen C. Larson和R. B. Von Dreele共同開發(fā)處的，由于其采人機(jī)對(duì)話的方式進(jìn)行操作，因此非常復(fù)雜且不人性化，現(xiàn)在基本已不再使用。

XRD精修基本原理與GSAS軟件簡(jiǎn)介參考圖-2

后來，B. H. Toby等人在PC-GSAS的基礎(chǔ)上編寫了圖形化的界面，構(gòu)成了現(xiàn)在最常使用的EXPGUI版本。該版本包含PC-GSAS的大部分功能，使用時(shí)注意引用文獻(xiàn)：B. H. Toby，EXPGUI，a graphical user interface for GSAS, J. Appl. Cryst. 2001，34，210。

XRD精修基本原理與GSAS軟件簡(jiǎn)介參考圖-3

4 GSAS軟件的安裝

（1）使用搜索引擎進(jìn)行搜索EXPGUI或者按照下面的鏈接直接下載軟件：

https://subversion.xray.aps.anl.gov/EXPGUI/install/若鏈接失效，可聯(lián)系我們：17318936377（微信同號(hào)）

XRD精修基本原理與GSAS軟件簡(jiǎn)介參考圖-4

（2）雙擊下圖所示的安裝包進(jìn)行安裝；

XRD精修基本原理與GSAS軟件簡(jiǎn)介參考圖-5

（3）首先是進(jìn)入歡迎界面，點(diǎn)擊Next；

XRD精修基本原理與GSAS軟件簡(jiǎn)介參考圖-6

（4）選擇安裝位置，建議安裝在C盤，且不要有中文目錄。

XRD精修基本原理與GSAS軟件簡(jiǎn)介參考圖-7

（5）選擇創(chuàng)建桌面圖標(biāo)。

XRD精修基本原理與GSAS軟件簡(jiǎn)介參考圖-8

（6）點(diǎn)擊Install進(jìn)行安裝；

XRD精修基本原理與GSAS軟件簡(jiǎn)介參考圖-9

（7）等待1-2分鐘安裝就完成了，然后點(diǎn)擊Finish。

XRD精修基本原理與GSAS軟件簡(jiǎn)介參考圖-10

（8）可以發(fā)現(xiàn)桌面出現(xiàn)了“PC-GSAS”和“EXPGUI”兩個(gè)圖標(biāo)，雙擊“EXPGUI”即可運(yùn)行軟件。

XRD精修基本原理與GSAS軟件簡(jiǎn)介參考圖-11

XRD精修基本原理與GSAS軟件簡(jiǎn)介參考圖-12

5 GSAS軟件界面介紹

打開GSAS軟件后，我們會(huì)看到兩個(gè)界面，一個(gè)是Windows命令窗口，一個(gè)就是用戶界面。命令窗口是程序運(yùn)行所必須的，使用過程中不能關(guān)閉，可以將其最小化。EXPGUI的用戶界面主要包括五個(gè)部分：

（1）文件信息欄：顯示文件名；

（2）菜單欄：包括文件，選項(xiàng)，結(jié)果，計(jì)算，導(dǎo)入/導(dǎo)出等菜單；

（3）按鈕欄：提供了一些最常用的程序功能；

（4）選項(xiàng)卡欄：包含眾多選項(xiàng)，用于對(duì)精修參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)控；

（5）選項(xiàng)卡內(nèi)容。

XRD精修基本原理與GSAS軟件簡(jiǎn)介參考圖-13

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