XRD(X射线衍射)中引起峰位漂移的原因通常涉及样品本身性质的变化或者实验条件的影响,可以从以下几个方面进行分析:
一、样品因素
①残余应力或晶格应变残余应力:材料内部的残余应力(如压应力或拉应力)会引起晶格常数的变化,从而改变晶面间距(dd值)。
压应力→晶面间距减小→峰位向大角度方向移动(2θ增大)。
拉应力→晶面间距增大→峰位向小角度方向移动(2θ减小)。
微观应变:纳米材料或非晶态材料中局部晶格畸变可能引起峰位漂移或增宽。
②成分变化固溶体形成:掺杂、合金化或离子取代(例如Co²⁺取代Fe²⁺)均可改变晶格常数。
以下是Cu掺杂NCM的XRD分析:
(a)合成材料的 XRD 图案,以及(b)(003)和(c)(004)峰的选定插图
可以看出,NCM-0晶格参数在所有样品中最小。当Cu含量为0.5%时,由于Cu2+的半径较大,导致(003)和(104)晶面峰向下方移动。随着Cu含量的逐渐增加,Ni2+(0.069 nm)氧化为Ni3+(0.056 nm),导致晶格收缩。
如果溶质原子半径大于溶剂原子半径,晶格膨胀,峰位向低角度方向移动。反之,晶格收缩,峰位向高角度方向移动。非化学计量比:当氧化物(Fe ∝ O ₄ vs. FeO)或硫化物的组成偏离化学计量比时,晶格参数的变化会导致峰位偏移。
③温度影响热胀冷缩:在高温或低温下测试时,晶格常数会因热膨胀而改变,造成峰值偏移(高温→晶格膨胀→低角度偏移)。因此,XRD测试室应保持稳定的温度和湿度。
相变:温度变化可能引起相变(例如四方相→立方相),导致明显的峰值偏移或出现新的峰值。
④择优取向(织构)
样品制备过程中如果存在择优取向,可能会导致某些晶面的衍射强度异常,但通常不会影响峰位。如果取向差异导致晶格畸变(例如薄膜中的应变),则可能间接引起峰位偏移。
二、仪器和实验条件因素
①角度测量仪器零点校准误差:角度测量仪器零点没有校准将导致所有衍射峰的整体位移(系统误差),需要用标准样品(如硅粉)进行校准。
②样品放置偏差:样品表面与测角仪轴线未对准(如高度偏差或倾斜),会造成峰值位置偏差。这可以通过优化样品装载来解决。
③使用不同的靶材(例如Cu K α vs. Co K α)时,X射线源的波长差异将引起峰位整体偏移(根据布拉格方程)。需要确认测试参数是否一致。
④扫描模式或参数设置错误。连续扫描模式和步进扫描模式的参数设置不当(例如扫描速度和步长)可能会引起轻微的峰移,但通常对峰形的影响大于对峰位置的影响。
三、样品制备问题:过度研磨:机械研磨可能引入应变或纳米晶化,导致峰位偏移或增宽。不均匀性:成分或厚度不均匀可能导致局部峰位差异。表面污染或氧化:表面氧化或污染可能产生与原始峰重叠的附加相,导致峰位明显偏移。
四、数据分析误差 寻峰算法误差:自动寻峰过程中,如果背景扣除不当或有噪声干扰,可能会误判峰位。 仪器展宽效应:如果仪器展宽功能未校准,可能导致峰拟合偏差。
XRD峰移的核心原因是晶面间距(d值)的变化,其原因可能是样品内部因素(应力、成分、相变)或外部因素(仪器误差、制备问题),需要结合实验条件、样品历史、辅助表征方法等进行综合分析。

