德國布魯克XRD-高溫臺使用中的一二三

 

國內的高溫臺數量驚人，但是國內能提供高水平高溫測試的XRD用戶(hù)數量少之又少。主要是因為對高溫臺了解的不夠多。下面簡(jiǎn)述高溫臺使用過(guò)程中您必須知道的內容。

 

1

加熱方式

 

高溫臺加熱方式分為三種：

 

(1)直接加熱。

 

包括電阻加熱和加熱帶加熱。優(yōu)點(diǎn)是加熱速度快，但樣品有溫度梯度。電阻加熱的優(yōu)勢在于可以加熱，也可以降到很低的溫度。例如MTC-LOWTEMP屬于電阻加熱，如圖1。而MTC-HIGH屬于加熱帶加熱，如圖2。

 

(2)環(huán)境加熱。

 

不同于直接加熱方式時(shí)樣品放置在加熱帶上，環(huán)境加熱時(shí)的樣品放置在惰性的樣品槽上，加熱絲盡可能的包圍樣品進(jìn)行加熱。優(yōu)點(diǎn)是樣品溫度均勻。例如MTC-Furnace，如圖3。

 

(3)同時(shí)包含直接和環(huán)境加熱方式。

 

例如MTC-HIGHTEMP+。如圖4。

 

 

2

樣品臺高度校正和測試幾何的選擇

 

(1)加熱帶在加熱的條件下由于熱膨脹其高度會(huì )發(fā)生明顯改變，在加熱到1000?C時(shí)高度大可能改變0.5mm左右。根據樣品高度變化對測試角度的影響公式：

 

 S樣品位移量，R測角儀半徑。

 

以28.4°的衍射峰為例，當s=0.1mm時(shí)峰移0.08°。這對后期XRD曲線(xiàn)的數據分析會(huì )有很大影響。所以在進(jìn)行高溫測試時(shí)必須考慮加熱帶受熱高度變化的影響。

 

(2)樣品槽高度的校正：

 

根據樣品擋住一半直射光強度的方法，可以很方便地調整好樣品槽的高度。

 

為了在每個(gè)溫度下都在正確的樣品高度下進(jìn)行測試，建議在每個(gè)需要測試XRD曲線(xiàn)的溫度點(diǎn)均進(jìn)行樣品槽高度的調整。

 

(3)測試幾何的選擇：

 

高溫測試一般用BB幾何（如圖5）進(jìn)行，因為強度高，角度分辨率好。但是BB幾何受樣品高度影響大，當加熱帶受熱高度改變后，樣品峰位置會(huì )發(fā)生明顯移動(dòng)。如果不愿意在每個(gè)測試的溫度點(diǎn)下都進(jìn)行樣品的高度調整，那么為了避免加熱帶高度改變帶來(lái)的影響，可以使用平行光幾何（如圖6）來(lái)進(jìn)行變溫的測試。

 

 

 

3

樣品臺的測試背景

 

(1) 高溫臺樣品腔上的窗口膜會(huì )產(chǎn)生背景，這些背景會(huì )和樣品的信號疊加在一起。在選擇膜時(shí)盡量選擇不會(huì )影響樣品信號的材料。在測試樣品前也有必要先測試一下樣品腔的背景。同時(shí)窗口膜也會(huì )造成測試強度的降低，因此在達到保溫目的的前提下，盡量選擇薄一點(diǎn)的窗口膜。

 

比如高溫臺樣品腔上的聚酰亞胺膜（Kapton膜）會(huì )在2theta為7的附近產(chǎn)生散射包。這個(gè)散射包一般不會(huì )與無(wú)機樣品的衍射峰重疊，因此聚酰亞胺膜是常用的高溫臺樣品腔上的窗口膜。

 

(2) 加熱時(shí)的樣品槽或者加熱帶也會(huì )產(chǎn)生背景。對于吸收系數高的樣品，X射線(xiàn)無(wú)法穿透樣品到達樣品槽或者加熱帶的表面，此時(shí)感覺(jué)不到樣品槽和加熱帶的影響。對于吸收系數低的樣品，X射線(xiàn)會(huì )穿過(guò)樣品打在樣品槽或加熱帶上，此時(shí)加熱帶的峰就會(huì )和樣品的峰疊加在一起(如圖7)。這時(shí)樣品應該采用透射模式測試。