xrd在固溶体中的应用

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1、XRD在固溶体中的应用固溶体是指溶质原子进入溶剂晶格中而保持溶剂类型的多元素物相。通常以一种化学物质为基体溶有其他物质的原子或分子所组成的晶体，在合金和硅酸盐系统中较多见，在其他多原子物质中亦存在。固溶体分为间隙型固溶体和置换型固溶体，间隙型固溶体是由溶质原子溶于溶剂晶格中原子之间的而形成的间隙（四面体间隙或八面体间隙）中构成，置换型固溶体是由溶质原子代替溶剂晶格中的原子构成。掺杂原子的进入，在一定程度上，影响原来物质的晶体结构，发生晶格畸变。通过阅读文献，发现国内外学者主要研究置换型固溶体，而对

2、间隙型固溶体的研究很少。点阵参数是晶体结构最基本的参数，任何一种晶体物质在一定状态下都有一定的点阵参数，但当温度、受力状态、化学成分等任一条件发生变化时，都会引起点阵参数的相应变化。利用精确的XRD数据，辅助精修软件，可以准确计算出晶体物质的点阵参数，得到空间群类型，进而确定晶体物质的晶体结构。测定点阵参数的目的是为了求得物质的物理参量以及研究溶入外来元素后引起的性质变化和参数的关系等。为获得精确的XRD数据，需要稳定高能的XRD光源，现在使用较多的是同步辐射光源的XRD线站。1921年，Vega

3、rd[[1]VegardL.Theconstitutionofmixedcrystalsandthespaceoccupiedbyatoms[J].Z.Phys,1921,5(17):17-26.]在Phs.上发表了《theconstitutionofmixedcrystalsandthespaceoccupiedbyatoms》，指出具有相同晶体结构两组元（1，2）所形成的的固溶体，其晶格常数（a）是掺入原子浓度（c1）的线性函数：a=ca1+(1-c1)a2，后人称之为Vegard定律。但是，

4、Vegard定律经常与实际固溶体的a—c1曲线发生偏离，随着固态物理学的发展进步，后来有学者指出Vegard定律与实际情况不相符的根本原因在于它没有考虑到溶质和溶剂原子在固溶体中由于近邻原子的不同而引起原子电子结构状态的变化[[]谢佑卿,马柳莺.广义Vegard定律和广义余氏定律[J].中南矿冶学院学报,1985,3:000.]，提出了广义Vegard定律。广义Vegard定律是指单固溶体合金的晶格参量为该合金系统中所含原子的价电子状态的特征晶格参量按其相应的状态原子浓度线性叠加，即如果知道某合金

5、各状态的价电子结构以及状态浓度便可计算出该合金的晶格参量。M.H.Yao等人[[]YaoMH,BairdRJ,KunzFW,etal.AnXRDandTEMinvestigationofthestructureofalumina-supportedceria–zirconia[J].JournalofCatalysis,1997,166(1):67-74.]，利用XRD和TEM研究Al2O3基固溶体CeO2—ZrO2的结构，发现随着Zr掺入量的增多，分别得到立方结构的固溶体相ZrxCe1-xO2和

6、四方结构的固溶体相ZrxCe1-xO2。文章为了准确确定峰的位置，在样品中加入了5%的Si粉，作为参考。当Zr小于等于150μmol/g时，只发现立方结构相，说明溶剂CeO2的结构还没发生改变；随着Zr掺入量的增多，2θ值向右移动，直到形成四方结构的ZrO2物相。2θ值向右移动，是因为Zr的原子半径小于Ce的原子半径，使得晶面间距减小。文章还指出高度弥散的氧化物相CeO2和ZrO2不能产生XRD衍射花样，所以不能排除弥散相的存在；由TEM计算的平均颗粒大小大于由谢乐公式计算的平均晶粒大小，可能是因

7、为谢乐公式由线谱宽度决定，而线谱宽度与相干散射区域的大小和晶体颗粒的成分、几何结构有关。JKreisel等人[[]KreiselJ,GlazerAM,JonesG,etal.Anx-raydiffractionandRamanspectroscopyinvestigationofA-sitesubstitutedperovskitecompounds:the(Na1-xKx)0.5Bi0.5TiO3(0lexle1)solidsolution[J].JournalofPhysics:Condens

8、edMatter,2000,12(14):3267.]，利用XRD和Raman光谱研究了钙钛矿型化合物(Na1-xKx)0.5Bi0.5TiO3（0≤x≤1）的A位取代，斜方结构的Na0.5Bi0.5TiO3到四方结构K0.5Bi0.5TiO3的结构演变，讨论了中间相的结构特点。实验利用Na2CO3、K2CO3、Bi2O3和TiO2在白金坩埚中加热800度，保温12小时，XRD实验的步长为0.01°，用Si作为标准计算晶格参数。我们知道相转变的临界条件由固溶体溶剂晶格的畸变程度决定